钢渣去除染料废水中4BE的吸附特性研究

发布时间：2020-10-09 14:03

　　采用搅拌吸附方式对钢渣去除4BE进行研究,分析了4BE浓度、钢渣粒径、钢渣用量、搅拌转速等条件对吸附过程平衡吸附量、吸附速率和吸附平衡时间的影响。研究结果表明,吸附速率主要受钢渣粒径和钢渣用量的影响,而4BE浓度和搅拌转速对其影响较小;平衡吸附量不受4BE浓度、钢渣粒径、钢渣用量、搅拌转速的影响;吸附平衡时间主要受钢渣粒径和钢渣用量的影响,4BE浓度和搅拌转速对其影响较小。以吸附平衡时间为依据,确定钢渣粒径和钢渣用量,可优化运行操作参数。
【部分图文】：

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钢渣吸附去除染料废水中4BE时，钢渣总吸附量决定了净化效果，而平衡吸附量影响钢渣消耗成本，吸附平衡时间制约钢渣净化效率。4BE浓度对钢渣总吸附量、平衡吸附量和吸附平衡时间的影响如图1所示。由图1可见，恒定钢渣与4BE质量比，总吸附量随4BE浓度的增加呈线性增加的趋势，4BE浓度从10 mg/L增加到30 mg/L，总吸附量从9.197 mg增加到28.995 mg，增加了19.798 mg，总吸附量与4BE浓度线性拟合方程为y=0.493 03+0.991 05x(相关性良好，R2=0.999 19)。平衡吸附量随4BE浓度的增加先升高然后趋于稳定，4BE浓度从10mg/L增加到15 mg/L，平衡吸附量从1.839 4 mg/g增加到1.939 6 mg/g，增加了0.100 2 mg/g，继续增加4BE浓度到30 mg/L，平衡吸附量基本稳定在1.939 0 mg/g(偏差小于±0.019 6 mg/g)。这说明钢渣的吸附容量较为稳定，对4BE浓度适应范围较广。吸附平衡时间随4BE浓度的增加先减小然后趋于稳定。4BE浓度为10 mg/L时，吸附平衡时间为120 min,4BE浓度大于10 mg/L时吸附平衡时间基本稳定在100 min，且吸附前10 min的吸附量达到吸附总量的55%以上。这说明平衡吸附量和吸附平衡时间与废水中4BE浓度不相关(浓度大于15mg/L)，因此工艺设计时废水中4BE浓度影响因素不纳入关键制约条件。吸附过程中，4BE浓度变化对吸附速率的影响如图2所示。

影响图,影响图,速率,浓度

由图1可见，恒定钢渣与4BE质量比，总吸附量随4BE浓度的增加呈线性增加的趋势，4BE浓度从10 mg/L增加到30 mg/L，总吸附量从9.197 mg增加到28.995 mg，增加了19.798 mg，总吸附量与4BE浓度线性拟合方程为y=0.493 03+0.991 05x(相关性良好，R2=0.999 19)。平衡吸附量随4BE浓度的增加先升高然后趋于稳定，4BE浓度从10mg/L增加到15 mg/L，平衡吸附量从1.839 4 mg/g增加到1.939 6 mg/g，增加了0.100 2 mg/g，继续增加4BE浓度到30 mg/L，平衡吸附量基本稳定在1.939 0 mg/g(偏差小于±0.019 6 mg/g)。这说明钢渣的吸附容量较为稳定，对4BE浓度适应范围较广。吸附平衡时间随4BE浓度的增加先减小然后趋于稳定。4BE浓度为10 mg/L时，吸附平衡时间为120 min,4BE浓度大于10 mg/L时吸附平衡时间基本稳定在100 min，且吸附前10 min的吸附量达到吸附总量的55%以上。这说明平衡吸附量和吸附平衡时间与废水中4BE浓度不相关(浓度大于15mg/L)，因此工艺设计时废水中4BE浓度影响因素不纳入关键制约条件。吸附过程中，4BE浓度变化对吸附速率的影响如图2所示。由图2可知，不同4BE浓度下，吸附速率随吸附时间的变化趋势较为一致，均随吸附时间的延长逐步减小，其中吸附速率在吸附反应10 min前的变化较为剧烈，下降了0.569 9 mg/(g·min)，是下降总量0.663 0 mg/(g·min)的85.96%。吸附时间到20 min时，吸附速率从初始0.640 3 mg/(g·min)下降到0.058 3 mg/(g·min)后基本不变。吸附速率在吸附反应1 min到5 min时下降较快，下降率达到73.64%。说明保持钢渣对4BE有较高的吸附速率，需要控制吸附反应在5 min内，此时的吸附容量为0.887 1 mg/g，占平衡吸附量的46.55%，钢渣利用率较低。吸附反应为40 min时的吸附容量为1.376 4 mg/g，占平衡吸附量的74.83%，吸附速率为0.034 41 mg/(g·min)且达到稳定。这说明吸附反应控制40 min以内，可以确保较高的吸附速率、吸附量和钢渣利用率。

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添加钢渣10.0 g,100 mg/L浓度的4BE废水200 m L，转速200 r/min条件下，改变钢渣粒径，考察其对吸附量及吸附平衡的影响，如图3所示。由图3可知，总吸附量与平衡吸附量随钢渣粒径的减小先升高然后趋于稳定。钢渣粒径从20～40目提高到60～80目，总吸附量从14.632 mg提高到19.276 mg，增加了4.644 mg，继续提高钢渣目数，总吸附量基本稳定在19.515 mg，偏差小于1.22%;平衡吸附量从1.463 2 mg/g提高到1.927 6 mg/g，增加了0.464 4 mg/g，继续提高钢渣目数，平衡吸附量基本稳定在1.951 5 mg，偏差小于1.22%。这说明钢渣目数小于40目时，总吸附量与平衡吸附量受到钢渣粒径的影响较大;钢渣目数大于60目时，总吸附量与平衡吸附量与钢渣粒径无关。吸附平衡时间随钢渣粒径的减小而缩短，且变化幅度较大。20～40目钢渣吸附4BE到达吸附平衡时间为190 min，而>200目钢渣达到吸附平衡时间仅需要1 min。在实际工程应用中可通过减小钢渣粒径来增大设备的废水处理能力。钢渣粒径对吸附速率的影响如图4所示。

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