印染廢水量大，組分復雜，色度深，毒性強，難降解，是較難處理的工業廢水之一。對其進行經濟有效的處理，一直是環保研究的熱點[1]。凹凸棒土(簡稱凹土)是一種富鎂的硅酸鹽粘土礦物，呈針狀結晶，具有獨特的三維空間結構和較大的比表面積[2]。天然凹土有很高的吸附活性，而且成本低，其價格僅為活性炭的1/5—1/10[3]，而且資源豐富，現已探明江蘇盱眙儲量高達2．72億t，占全球凹土總儲量的近50% ，為世界優質礦藏[4]。本實驗采用的凹土來自盱眙原礦經簡單物理粉碎后的產品。印染廢水取自江蘇清印集團有限公司廢水處理中心，主要含有堿性綠染料和堿性淡黃色染料[5]。本文主要考察了凹凸棒土熱處理改性條件、投加量、吸附時間以及廢水pH值等因素對處理效果的影響。
1 原料和儀器
1．1 主要原料。凹凸棒土、印染廢水、鄰苯二甲酸氫鉀、鹽酸、氫氧化鈉。
1．2 主要儀器。日立S-3000掃描電鏡、XH9004B型COD測定儀、XHgOO1B型恒溫消解器、JA1003型電子天平、PHS-3C型精密pH計、766型遠紅外電熱恒溫干燥箱、HH—S型恒溫水浴鍋、651l型電動攪拌機、SG型坩堝電阻爐、K跚D4型溫度控制器、SHB多用真空泵。
2 實驗方法
將凹凸棒土置于坩堝電阻爐里，經200oC、280oC、360oC、420oC、500oC、580oC焙燒lh，冷卻研磨至100目以上。稱取一定量熱改性后的凹凸棒土置于0．25L錐形瓶中，注入100mL待處理印染廢水，在振蕩器中以180r/rain振蕩吸附lh(未單獨考慮吸附時間的影響時均取lh)，靜置后取上清液測定有關水質參數。用鄰苯二甲酸氫鉀配置高濃度試劑和標準溶液，用COD測定儀和恒溫消解器對印染廢水進行檢測，用比色法檢測印染廢水的色度[6]。
3 結果與討論
3．1 凹凸棒土熱改性對印染廢水處理效果的影響
天然凹土結構中含有吸附水、沸石水、結晶水和結構水[7]。在處理印染廢水之前對凹土進行熱處理改性，一方面脫除水份，增大有效比表面積；另一方面活化吸附中心，提高其吸附效果。對于凹凸棒土改性還可以通過酸洗，來除去凹凸棒土礦中的雜質[8]，我們前期做過這個方面的試驗，但吸附效果提高并不顯著，而且還增加了處理成本，所以這里主要考慮熱處理改性。根據凹土的熱分析結果，在100 200℃之間，其沸石水和吸附水脫出：200 300℃之間結晶水脫出；400 500℃之間其內部的結構水脫出[9]。
對高溫焙燒改性處理前、后凹凸棒土的三種典型形態用掃描電鏡觀察，選取的放大倍率為一萬(10K)。從掃描電鏡可觀察到凹凸棒土的三種典型微觀形狀：原礦粉經物理粉碎后，分散比較均勻，但表面光滑，比表面積較小；經420~C焙燒改性，凹凸棒土在脫出結構水后，孔隙率增大，表面相對較原礦疏松粗糙，纖維束較分散，有利于吸附；經580~C高溫焙燒的凹凸棒土，部分孔道塌陷，針狀纖維束緊密燒結在一起，孔隙容積和比表面積均較420~C焙燒改性的樣品有所減小。下面將詳細考察不同熱活化改性的凹凸棒土對印染廢水的處理效果。
取lg經改性處理過的凹凸棒土對原始pH值為8．5的100mL(約100g)印染廢水COD(為1 400．2 mg/L)及色度(為620倍)的去除效果隨改性溫度的變化見圖4。未改性的原土在相同條件下處理該印染廢水后COD降為1 217．6mL/L，去除率為13．0%，色度降為478，去除率為22．9%。
經改性處理過的凹凸棒土對印染廢水COD及色度的去除率效果比原土均有明顯提高。從圖4中可見，當凹凸棒土焙燒溫度低于420%；時，印染廢水COD去除率隨著焙燒溫度的上升而增加，當焙燒溫度為420%；時，COD去除率達72．1%，色度去除率為93．8%。溫度繼續升高后，電鏡觀察到燒結現象造成比表面下降，活性吸附中心失活，印染廢水的COD和色度去除率均明顯下降(色度下降幅度沒有COD下降大，可能兩者吸附機理不同u叫)。可見，適當溫度(420%；)的熱活化改性有利于疏通晶體中的通道，增大比表面積，改變表面特性，提高吸附性能。溫度過低或過高均降低了吸附力。
3．2 印染廢水pH值對處理效果的影響。將100mL印染廢水的pH用鹽酸和氫氧化鈉調至310的范圍，分別投加1g經420~C焙燒改性的凹凸棒土進行振蕩吸附實驗，其COD及色度去除率隨pH值的變化見圖5。
由圖5可知，在中性條件下，改性凹土對COD處理效果較差；當印染廢水呈酸性或堿性時，改性凹凸棒土對印染廢水COD有較好的去除效果。在堿性條件下脫色和脫除COD效果比酸性條件好；當pH值為9時，印染廢水的COD去除效果及脫色效果均較好，廢水中COD去除率為75．3%，色度去除率為94．5%。而該廢水本身pH值為8．5，所以綜合考慮，pH值為8．5～9．5時是用凹土處理堿性n¨印染廢水的較適宜條件。如果印染廢水本身為酸性，可以考慮將pH調節至6左右可能更合理。色度的變化雖然有與COD變化相似的趨勢，但pH為7時色度去除率并沒有明顯下降。這也再次說明凹凸棒土對COD的去除和色度去除機理可能完全不同[12]，色度去除可能僅是簡單的表面物理吸附，而COD的去除還涉及到化學吸附，所以對pH的變化比較敏感，其吸附機理值得進一步深入研究。
3．3 凹凸棒土的投加量對印染廢水處理效果的影響。將pH調節為9的100mL印染廢水，分別投加0．5、1、1．5,2、2．5g經420~C焙燒改性的凹凸棒土進行振蕩吸附實驗，其COD及色度去除率隨添加量的變化見圖6。
實驗結果表明，當420℃焙燒改性后的凹凸棒土處理pH為9的100mL印染廢水時，COD和色度的去除率隨凹凸棒土投加量的增加而呈上升趨勢；當投加量為2．5g時，COD去除率為81．2%，色度去除率為98．8%；但當投加量大于1g時，COD和色度去除率的遞增變化不明顯。因此綜合考慮，此印染廢水的較佳投加量可選擇10—15g(凹土)/L(印染廢水)。
3．4 吸附時間對印染廢水處理效果的影響。將pH調節為9的100mL印染廢水，投加lg經420oC焙燒改性的凹凸棒土進行振蕩吸附實驗，其COD及色度去除率隨吸附時間的變化見圖7。
吸附初始階段，COD和色度的去除率呈明顯上升趨勢，當吸附時間達60min后，去除率曲線已趨于平坦，此時吸附基本平衡。說明改性凹凸棒土處理此印染廢水的較佳吸附時間為60 90min。
4 結論
經焙燒改性的凹凸棒土吸附劑在印染廢水治理應用中具有良好的效果，該吸附劑原料價格低廉，改性制備過程簡單，成本低，具有工業應用價值。改性凹凸棒土處理此印染廢水的最佳工藝條件是：廢水pH控制在8．5 9．5范圍內，吸附劑投加量為10—15g(凹土)/L(印染廢水)，吸附時間為60—90min。COD去除率可達80%，脫色率高達98%，處理過的廢水可以達到國家排放標準。
參考文獻
1 蔡冬鳴、李圭白、胡景霞．錳砂與粉末活性炭對印染廢水脫色的研究[J]．給水排水．2OO4．3o(12)：51—55．
2 楊秀敏、胡桂娟．凹凸棒石修復鎘污染的土壤[J]．黑龍江科技學院學報．2OO4．14(2)：80～82．
3 夏新奎、劉德汞．酸化膨潤土對印染廢水脫色實驗研究[J]．信陽農業高等專科學校學報．2OO3．13(2)：13～14．
4 張國字、王鵬．凹凸棒石粘土及在水處理中的應用[J]．工業水處理．2003．2．3(4)：1～5． 作者: 胡 濤，郭迎衛，嚴 群
