陳維族

（福建高科環(huán)保研究院有限公司，福建泉州，362000）

含油廢水的來源十分廣泛，除了石油工業(yè)采油、煉油、貯油運(yùn)輸和石油化工廠產(chǎn)生含油廢水之外，油輪壓艙水、洗艙水、機(jī)械工業(yè)的冷卻潤(rùn)滑油以及食品工業(yè)等的廢水中也含有大量的油［1］。含油廢水的成分和特征因工業(yè)種類的不同相差較大，正因含油廢水成分復(fù)雜（含有浮油、分散油、乳化油、懸浮固體），若不經(jīng)處理排入水體、土壤中，將對(duì)植物、生物、人體健康造成嚴(yán)重傷害［2］。因此尋找治理效果好、成本低廉的廢水治理技術(shù)迫在眉睫。

目前含油廢水的處理方法主要分為物理法、化學(xué)法和生物法三大類。其中吸附法是處理廢水常用的一種物化方法，不僅處理效果好，且操作簡(jiǎn)單［3］。然而目前常用的吸附劑主要為活性炭，處理效果雖好，但成本高，為其大范圍的推廣應(yīng)用帶來了困難。因此尋找高效、來源廣泛價(jià)格低廉的吸附劑成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)［4］。

膨潤(rùn)土是一種以蒙脫石為主要礦物的粘土巖，表面具有親水的硅氧結(jié)構(gòu)，無毒、無刺激性、耐高溫，且來源廣泛，可應(yīng)用于污水處理［5］。改性后的膨潤(rùn)土對(duì)污染物的吸附效果更好，在實(shí)際應(yīng)用中，一般要對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性［6］。目前應(yīng)用較多的改性膨潤(rùn)土主要有活化膨潤(rùn)土、有機(jī)膨潤(rùn)土和交聯(lián)膨潤(rùn)土［7］。本實(shí)驗(yàn)選擇酸改法對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，用于含油廢水的治理，為廢水治理實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用水

本實(shí)驗(yàn)所用含油廢水取自某油庫，廢水的理化性質(zhì)見表1。

表1 含油廢水理化性質(zhì)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 膨潤(rùn)土的改性方法

本實(shí)驗(yàn)采用硫酸對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，將膨潤(rùn)土與50%硫酸按照1：10的比例混合，磁力攪拌4h后，使用蒸餾水多次沖洗，將處理后的膨潤(rùn)土置于烘箱中105℃烘干，過200目篩，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

（1）吸附劑投加量對(duì)含油廢水去除效果的影響：在一定的反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度下，分別取1g、2g、4g、6g、8g原膨潤(rùn)土和改性膨潤(rùn)土處理300mL含油廢水。測(cè)定反應(yīng)后廢水中油類濃度，計(jì)算油類的去除率，對(duì)比原膨潤(rùn)土和改性膨潤(rùn)土對(duì)油類的去除效果，并確定最佳吸附劑投加量。

（2）反應(yīng)時(shí)間對(duì)含油廢水去除效果的影響：固定吸附劑投加量和反應(yīng)溫度，分別設(shè)置反應(yīng)時(shí)間1h、3h、5h、7h、9h，測(cè)定處理后含油廢水油類含量，確定最佳反應(yīng)時(shí)間。

（3）反應(yīng)溫度對(duì)含油廢水去除效果的影響：固定吸附劑投加量和反應(yīng)時(shí)間，分別設(shè)置反應(yīng)溫度為20℃、40℃、60℃、80℃，測(cè)定反應(yīng)后油類的含量，計(jì)算油類去除率，確定最佳反應(yīng)溫度。

1.2.3 吸附機(jī)理研究

通過等溫吸附曲線研究膨潤(rùn)土對(duì)油類的吸附機(jī)理，稱取4.0g的原膨潤(rùn)土和改性膨潤(rùn)土分別投入盛有300mL含油廢水的錐形瓶?jī)?nèi)，設(shè)置油類的初始濃度分別為1、5、16、32、64、100、128mg·L－1，在室溫下振蕩至吸附平衡，取上清液測(cè)定其中油類的濃度，得到平衡濃度Ce，通過飽和吸附量公式計(jì)算出飽和吸附量qe。在此基礎(chǔ)上，使用Langmuir方程對(duì)等溫吸附過程進(jìn)行擬合，研究膨潤(rùn)土對(duì)土壤的吸附機(jī)制。飽和吸附量的計(jì)算公式為：

qe＝（C0－Ce）V/M

其中：qe為平飽和吸附量（mg/g）；C0和 Ce分別為廢水中油類的初始濃度和平衡濃度（mg/L）；V為廢水的體積（L）；M為加入膨潤(rùn)土、改性膨潤(rùn)土的質(zhì)量（g）。

采用Langmuir方程和Freundlich方程對(duì)吸附過程進(jìn)行擬合。

Langmuir方程如下：

Q0和b分別為與最大吸附容量和吸附能量相關(guān)的Langmuir常數(shù)。

Freundlich方程如下：

其中：K為異相吸附劑的Freundlich常數(shù)，n與吸附推動(dòng)力大小和吸附位的能量分布有關(guān)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）吸附劑投加量對(duì)含油廢水去除效果的影響

考察了原膨潤(rùn)土和改性膨潤(rùn)土對(duì)油類的去除率，以及不同吸附劑投加量下含油廢水中油類的去除效果，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，在同一吸附劑投加量條件下，改性膨潤(rùn)土對(duì)油類的去除率均大于原膨潤(rùn)土，這是因?yàn)樗岣男院蟮呐驖?rùn)土比表面積增大，對(duì)污染物的去除能力提高［8］。從圖1還能看出，無論是原膨潤(rùn)土還是改性后的膨潤(rùn)土，隨著投加量的增加，對(duì)油類的去除率也升高。對(duì)改性膨潤(rùn)土來說，當(dāng)投加量增加到4g/300mL時(shí)，去除率達(dá)到73.31%，之后隨著投加量的增加，去除率升高的緩慢，因此，本實(shí)驗(yàn)選擇4g/300mL的投加量進(jìn)行后續(xù)的研究。

圖1 吸附劑投加量對(duì)含油廢水去除率的影響

（2）反應(yīng)時(shí)間對(duì)含油廢水去除效果的影響

固定改性膨潤(rùn)土投加量為4g/300mL，在室溫下反應(yīng)，研究不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)油類去除率的影響，結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，油類的去除率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而升高。在反應(yīng)剛開始時(shí)，油類的去除率隨時(shí)間增加快速升高，這是快速吸附階段，此階段的吸附由表面吸附起主導(dǎo)作用；當(dāng)反應(yīng)5h時(shí)，油類的去除率增加緩慢，這是慢速吸附階段，這一階段污染物向吸附劑內(nèi)部緩慢擴(kuò)散，擴(kuò)散速率較低，當(dāng)反應(yīng)7h時(shí)吸附達(dá)到平衡［9］。本實(shí)驗(yàn)選擇7h為最佳反應(yīng)時(shí)間。

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)含油廢水去除效果的影響

（3）反應(yīng)溫度對(duì)含油廢水去除效果的影響

固定改性膨潤(rùn)土投加量為4g/300mL，反應(yīng)時(shí)間為7h，研究不同反應(yīng)溫度對(duì)油類去除效果的影響，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，反應(yīng)溫度對(duì)油類的去除率影響并不明顯，隨著溫度從20℃升高到40℃，油類的去除率從90.02%增加到91.18%?？紤]到操作條件和經(jīng)濟(jì)成本，本實(shí)驗(yàn)選擇20℃為最佳反應(yīng)溫度。

圖3 反應(yīng)溫度對(duì)含油廢水去除效果的影響

2.2 等溫吸附擬合

原膨潤(rùn)土和改性膨潤(rùn)土對(duì)含油廢水的等溫吸附曲線如圖4所示。從圖4可以看出，改性膨潤(rùn)土對(duì)油類的飽和吸附量7.2mg/g高于原膨潤(rùn)土對(duì)油類的飽和吸附量5.0mg/g，說明經(jīng)酸改性后增大的比表面積提高了膨潤(rùn)土對(duì)油類的吸附能力。

分別采用Langmuir方程和Freundlich方程對(duì)吸附過程進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如表2所示。從表2可知，無論是原膨潤(rùn)土還是改性膨潤(rùn)土對(duì)油類的吸附過程都更符合Langmuir方程，這說明吸附過程由表面吸附起主要作用。

圖4 原膨潤(rùn)土和改性膨潤(rùn)土的等溫吸附曲線

表2 原膨潤(rùn)土和改性膨潤(rùn)土等溫吸附曲線擬合結(jié)果

3 結(jié)論

（1）與原膨潤(rùn)土相比，改性膨潤(rùn)土對(duì)油類的去除率提高了8%－12%；改性膨潤(rùn)土處理含油廢水的最佳工藝條件為投加量4g/300mL，反應(yīng)7h，溫度20℃，此時(shí)對(duì)油類的去除率達(dá)到90.02%。

（2）改性膨潤(rùn)土對(duì)油類的飽和吸附量7.2mg/g高于原膨潤(rùn)土對(duì)油類的飽和吸附量5.0mg/g，說明經(jīng)酸改性后增大了比表面積提高了膨潤(rùn)土對(duì)油類的吸附能力。Langmuir方程比Freundlich方程更好地描述油類在膨潤(rùn)土上的吸附過程，說明吸附主要是表面吸附作用的結(jié)果。

（3）改性后的膨潤(rùn)土對(duì)含油廢水的去除效果更好，吸附過程操作簡(jiǎn)便且膨潤(rùn)土來源廣泛，具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

［1］蔣建勛，趙勇.石油開采廢水處理技術(shù)的現(xiàn)狀分析［J］.化工管理，2015，06：214.

［2］初立國，薛鵬飛，張川，等.淺析石油化工廢水的處理方法［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013，11：271.

［3］易懷昌，孟范平，宮艷艷.殼聚糖對(duì)酸性染料的吸附性能研究［J］.化工環(huán)保，2009，29（2）：113－117.

［4］許霞.膨脹石墨對(duì)油類的吸附及其再生性能的研究［D］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006.

［5］潘嘉芬.膨潤(rùn)土吸附廢水中Cu2＋、Zn2＋、Cr3＋的試驗(yàn)研究［J］.非金屬礦，2006，29（3）：49－51.

［6］廖潤(rùn)華，夏光華，成岳.改性海泡石的制備及其吸附性能試驗(yàn)研究［J］.中國陶瓷工業(yè)，2006，13（4）：17－21.

［7］趙麗紅，劉溫霞，何北海.膨潤(rùn)土的有機(jī)改性及吸附性能研究［J］.中國造紙，2006，25（12）：15～18.

［8］張彬.改性吸附劑的性能表征及處理石油廢水研究［D］.新疆大學(xué)，2010.

［9］檀竹紅，鄭水林，張娟.石棉尾礦酸浸渣對(duì)廢水中Zn2＋的吸附性能研究［J］.非金屬礦，2007，30（6）：11～14.