含油废水处理中的长纤维填料改性研究 5页

维普资讯http://www.cqvip.com第23卷第17期中国给水排水V01．23No．172007年9月CHINAWATER&WASTEWATERSep．2007含油废水处理中的长纤维填料改性研究张建国，王世和，刘莉(东南大学土木工程学院，江苏南京210096)摘要：长纤维具有很强的吸油能力，常被用作含油废水处理中的除油材料，但其吸油后的清洗再生较困难，导致后期除油效果不理想。为此，分别采用邻苯二甲酸、聚乙烯醇、氨磺酸、聚乙二醇、氢氧化钠、丙烯酸对长纤维进行亲水改性，对单位纤维吸水量和单位纤维吸放油差量与改性液质量分数、温度和浸泡时间的关系进行了详细的研究。试验结果表明，经改性后纤维的吸水量增加为原来的2．2～2．9倍，吸放油差量增加为原来的2．1～2．8倍；改性对除油效果基本无影响，并且通过反冲洗可使之再生，达到了重复使用的目的。关键词：含油废水；纤维；改性中图分类号：X703．1文献标识码：A文章编号：1000—4602(2007)17—0028—05StudyonLongFiberWadModificationinOilyWastewaterTreatmentZHANGJian—guo，WANGShi—he，LIULi(CollegeofCivilEngineering，SoutheastUniversity，Nanfing210096，China)Abstract：Longfiberhasahighadsorptionabilityofoilandisfrequentlyusedasanoilremovalmaterialinoilywastewatertreatment．However，thefiber，havingabsorbedoil，isdificulttobewashedclean，whichmakesoilremovaleffectoftennoidealinsubsequentstage．Therefore，thehydr0philizati0nmodificationoflongfiberwasconductedusingphthalicacid，polyvinylalcohol，amidosulfonicacid，polyglycol，sodiumhydroxideandacrylicacid．Adetailedstudywasalsomadeonthecorrelationoftheunitfiberwaterabsorptionquantityandunitfiberoilabsorptionandreleasedifferencequantityrespective—lywithmodifiedsolutionconcentration，temperatureandsoaktime．Experimentresultsindicatethatthewaterabsorptionquantityofmodifiedlongfiberincreasesto2．2—2．9times，andtheoilabsorptionandreleasedifferencequantityincreasesto2．1—2．8times，comparedwithunmodifiedlongfiber．Themodi—fiedlongfibercanberegeneratedbywashingandusedinoilywastewatertreatmentrepeatedly，withoutinfluenceonoilremovaleffect．Keywords：oilywastewater；fiber；modification含油废水量大面广，其中石油开采和炼制过程理，但效果并不理想。因此，研发一种经济合理中产生的废水对环境的影响尤为严重。石油生产废的含油废水处理方法具有非常重要的意义。高吸油水中含有大量的油、酚、氰、硫、COD以及其他有毒树脂的研制与开发日益引起人们的广泛重视，其中物质，目前多采用“隔油一气浮一二级生化”工艺处涤纶纤维由于具有比表面积大、吸油种类多、吸油速基金项目：南京市科技发展计划项目(200401061)·28·n维普资讯http://www.cqvip.com张建国，等：含油废水处理中的长纤维填料改性研究第23卷第17期率快、吸油而不吸水、价格低廉等优点E7．8]而在废水②单位吸放油差量除油领域有着广阔的应用前景，但是纤维具有非极将质量为2g、长度为50cm的各组改性纤维性的亲油表面，废水中的油污吸附其上后使纤维不(每组5个)放人纯油(从炼油废水中萃取得到)中易再生，限制了其推广应用_9J。由于粒状和球状纤浸泡达到吸油饱和，取出放人30℃的密闭容器中拉维填料只能处理低浓度含油废水_l，因而笔者对长直悬挂至不再滴油后，取上部30cm长的纤维称量纤维进行表面改性，考察了长纤维的吸水量、吸放油并取平均值(n)，然后用自来水在10L／(m·S)的差量与改性条件的关系。冲洗强度下连续冲洗该吸油纤维4min，最后用石油1试验方法醚彻底洗净其上的残余油，并将洗净后的纤维和清1．1试剂与设备洗液在65℃下加热至质量不变，称量取平均值得石油醚、邻苯二甲酸、聚乙烯醇、氨磺酸、丙烯nn，计算1g纤维的吸放油差量即单位吸放油差酸、聚乙二醇、氢氧化钠、乙醇，均为分析纯；恒温箱、量。分析天平、电磁加热搅拌器、干湿温度计和红外灯装单位吸放油差量=(n：一n。一n)／n。(2)置。式中——纤维的质量1．2改性原理及过程n——纤维冲洗后的残余油质量纤维是否易于反清洗再生与其表面极性基团的n——吸油饱和后的纤维质量数量有关，一般认为，极性基团越多则纤维的亲水性2结果与讨论越强，越易于反清洗。2．1纤维的改性效果本试验选用的纤维材料为涤纶，堆积比表面积为了对比纤维的改性效果，先对未改性纤维的约为8000m／m。涤纶学名为聚对苯二甲酸乙二吸水量和吸放油差量进行测试，结果表明其单位吸醇酯纤维，简称PET纤维，其分子结构中除了两个水量及吸放油差量分别为0．843、0．852gig纤维。端醇羟基外，没有其他极性基团¨。为了达到纤维2．1．1质量分数对改性效果的影响吸油后易于反清洗的目的，必须对纤维进行表面改在30℃的条件下，分别选用邻苯二甲酸(乙醇性，提高纤维表面的极性基团数量。因此，纤维表面作溶剂)、聚乙烯醇、氨磺酸、聚乙二醇、氢氧化钠、亲水改性的实质就是在纤维表面加上一层极性极强丙烯酸(高锰酸钾的硫酸溶液作引发剂)6种改性试的化合物，使亲油性纤维表面具有一定程度的亲水剂对涤纶纤维进行表面改性处理，测试改性后纤维性。的单位吸水量和单位吸放油差量与浸泡液质量分数将涤纶纤维用红外灯在80℃下烘干后分别放的关系，结果如图1、2所示。人6种不同的改性溶液中，在不同质量分数、温度、从图1、2可以看出，改性后各纤维的单位吸水时间下对纤维进行浸泡改性；取出用去离子水冲洗量和单位吸放油差量均比改性前有所增大，并且随干净，然后用红外灯在80℃下烘干，并检测改性纤着浸泡液质量分数的升高则增幅逐渐变缓，当达到维的各项性能。10％～15％时趋于不变，有的甚至还略有下降。在1．3纤维改性效果的表征最佳改性液质量分数下，经聚乙烯醇和氢氧化钠改①单位吸水量性后纤维的亲水效果较好。有资料显示，在适当将质量为2g、长度为50cm的各组改性纤维的碱液浓度和碱处理时间下，涤纶纤维的保水率会(每组5个)放人去离子水中浸泡达到吸水饱和，取明显增大，这与笔者的试验结果吻合。由于聚乙二出放人温度为30℃、相对湿度为70％的密闭容器醇和氢氧化钠的溶解度大、常温时即容易发生反应，中拉直悬挂至不再滴水后，取上部30cm长的纤维因此在30℃的情况下，经其改性后的纤维吸放油差称量并取各组的平均值，计算1g纤维的吸水量即量较大。单位吸水量。分析认为，随着改性液质量分数的提高，改性剂单位吸水量=(m一m。)／m。(1)与纤维接触的机会增大，于是纤维的吸水量和吸放式中m。——纤维的质量油差量会逐渐增加，但当各种浸泡液的浓度接近溶m——纤维吸水后的质量解度时，改性效果已基本发挥，故纤维的吸水量和吸·29·n维普资讯http://www.cqvip.com第23卷第17期中国给水排水WWW．watergasheat．con放油差量逐渐趋于不变。经邻苯二甲酸改性后的纤采用以上6种试剂在最佳质量分数下进行改维吸水量快速增加是因为邻苯二甲酸具有与涤纶纤性，对改性后纤维的吸水量和吸放油差量随浸泡液维结构相同的部分，在进行加热时，结构相同的部分温度的变化进行测试，结果如图3、4所示。处于类似熔合的状态，经冷却后可进入涤纶纤维的结晶结构之中，从而形成共熔结晶，增加了纤维的亲一好水性；而聚乙烯醇是一种表面活性剂，它具有较好的亲水疏油改性效果主要是因为能够使纤维表面快速包裹一层亲水物质，从而增加了纤维表面亲水基团血I】*的数量；经丙烯酸改性后的纤维也具有一定的亲水翅疏油性，原因是在高锰酸钾存在下可以引发涤纶与丙烯酸的接枝共聚反应。温度fc好图3纤维的吸水量与改性液温度的关系Fig．3Relationbetweenfiberwaterabsorptionquantityandmodifiedsolutiontemperature血I】一好血I】质量分数／％是图1单位吸水量与改性液质量分数的关系Fig．1Relationbetweenunitfiberwaterabsorptionquantityandmodifiedsolutionconcentration304560759O105120135150温度fC一好图4纤维的吸放油差量与改性液温度的关系Fig．4Relationbetwen‰oilabsorptionandrelease血I】diferencequantityandmodifiedsolutiontemperature是从图3可知，随着浸泡液温度的增加，各种改性纤维的吸水量均呈上升趋势，但上升幅度逐渐趋缓，翅瓣当达到120℃后基本保持不变。从图4可知，改性纤维的吸放油差量随着浸泡液温度的提高而增加，质量分数／％但增幅逐渐趋缓，当温度达到90～120时趋于稳图2单位吸放油差量与改性液质量分数的关系定。此外，经聚乙烯醇改性后纤维的吸水量及吸放Fig．2Relationbetweenunitfiberoilabsorptionandrelease油差量均增加最快。考虑到在120℃时改性效果基diferencequantityandmodifiedsolutionConcentration本达到最佳，并且温度过高会导致溶液沸腾，因此选2．1．2温度对改性效果的影响用120作为改性浸泡液的最佳温度。根据2．1．1节的分析，可得各种改性试剂的最2．1．3浸泡时问对改性效果的影响佳质量分数，即：邻苯二甲酸(乙醇作溶剂)，10％；在120℃及最佳改性液质量分数下对纤维进行聚乙烯醇，10％；氨磺酸，10％；聚乙二醇，12．5％；氢改性，浸泡时间对改性效果的影响如图5、6所示。氧化钠，15％；丙烯酸(高锰酸钾的硫酸溶液作引发从图5可知，随着浸泡时间的延长，改性纤维的齐0)，10％。吸水量呈上升趋势，1～1．5h后吸水率趋于稳定。·30·n维普资讯http://www.cqvip.com张建国，等：含油废水处理中的长纤维填料改性研究第23卷第17期从图6可知，改性纤维的吸放油差量随浸泡时间的有500mL炼油废水(炼油厂的隔油池出水)的烧杯增加而逐渐升高，到1．5h后趋于稳定。从图5、6中，连续搅拌10min，对比各纤维的除油效果，结果还可以看出，在最佳浸泡时间下，经聚乙烯醇和邻苯如表1所示。二甲酸改性后纤维的亲水效果较好，而采用丙烯酸表1改性前、后纤维除油效果的对比和氢氧化钠改性的纤维亲水效果最差；经聚乙烯醇Tab．1Comparisonofoilremovalefectbeforeandafterfibel-modification改性的纤维吸放油差量最大，而采用丙烯酸和氢氧项目未改性改性纤维化钠改性的较小。纤维123d56原水含油量／272272272272272272272(mg·L)出水含油量／3(mg·L)．74．14．24．03．93．83．8除油％98．698．598．598．598．698．698．6注：1～6分别代表采用邻苯二甲酸、聚乙烯醇、氨磺酸、聚乙二醇、氢氧化钠和丙烯酸改性后的纤维。从表1可知，改性纤维的除油效果同未改性纤维相比变化不大，这是因为改性虽使纤维表面具有t／h了一定的亲水性，但纤维主体仍具有较强的吸油性，图5纤维的吸水量与浸泡时间的关系故改性纤维的除油效果依然良好。Fig．5Relationbetweenfiberwaterabsorptionquantity综上所述，表面改性对纤维除油效果的影响较andsoaktime小，但表面亲水性的改善大大提高了纤维的反清洗一效果，可使改性纤维重复使用，用于处理含油废水可好大大降低成本。∞3结论①保持温度为30℃，随着浸泡液质量分数的4l；】j县增加，改性纤维的吸水量和吸放油差量均比改性前有所增大，当质量分数为10％～15％时趋于恒定。遥：母L②随着浸泡液温度的升高，改性纤维的吸水o．1．O1．52．0￡，h量和吸放油差量均呈上升趋势，当达到120℃时趋图6纤维的吸放油差量与浸泡时间的关系于恒定。Fig．6Relationbetweenfiberoilabsorptionandreleafle③随着浸泡时间的延长，改性纤维的吸水量diferencequantityandsoaktime和吸放油差量均呈上升趋势，当达到1．5h时吸水由以上分析可知，浸泡液的质量分数、温度和浸率趋于稳定，且聚乙烯醇的改性效果最好。泡时间均会对改性效果产生很大的影响，在最佳改④在最佳改性条件下，改性纤维的单位吸水性条件下，改性纤维的单位吸水量是未改性纤维的量及吸放油差量分别为未改性纤维的2．2～2．9和2．2～2．9倍(经聚乙烯醇改性后的最大，为2．92．1～2．8倍。倍)；对于单位吸放油差量，改性纤维的是未改性纤⑤改性纤维的除油效果同未改性纤维相比变维的2．1～2．8倍(经聚乙烯醇改性后的最大，为2．8化不大，当炼油废水的含油量为272mg／L时，其除倍)。相比较而言，改性液质量分数和温度的影响油率可达98％以上。较大，浸泡时间的影响较小。⑥表面亲水性的改善大大提高了改性纤维的2．2改性前、后纤维的除油效果比较反清洗效果，可使之重复使用，大大降低了处理成分别称取改性前、后的各组纤维各2g，放人装本。(下转第36页)·31·n维普资讯http://www.cqvip.com第23卷第17期中国给水排水WWW．watergasheat．tom(上接第31页)参考文献：[J]．化工新型材料，2006，34(11)：11—13．[1]谢磊，胡勇有，仲海涛．含油废水处理技术进展[J]．[8]李培勋，于波，卫秀成．吸油树脂的研究进展[J]．材工业水处理，2003，23(7)：4—7．料工程，2002，(10)：39—42．[2]陈洪斌，庞小东，李建忠，等．炼油废水的处理和回用[9]封严，肖长发．高吸油树脂的新进展及应用[J]．上进展[J]．给水排水，2002，28(2)：52—55．海环境科学，2004，23(2)：87—89．[3]苏德林，王建龙，刘凯文，等．ABR—BAF工艺处理采[10]朱黄庆，刘凯文，曾继红．改性纤维球滤料的工业性油废水的中试研究[J]．中国给水排水，2006，22(1)：试验研究[J]．石油机械，2004，32(12)：4—6．22—26．金莹，杜春霖，李成琴．涤纶纤维接枝改性的再探讨[4]崔俊华，刘雅娜，马淑敏，等．生物流化床深度处理油[J]．辽宁丝绸，2005，(2)：28—29．田废水[J]．中国给水排水，2006，22(19)：87—90．[12]赵淑芬．高吸水涤纶纤维的制备方法及应用开发[5]MadianES．Treatingofproducedwaterforsurfacedis—[J]．天津纺织科技，2005，(4)：20—24．chargeattheAmngascondensatefield[J]．OilfieldChemistry，1995，(2)：14—17．作者简介：张建国(1979一)，男，河北保定人，[6]PhillipCW，RaperA．Areviewofparametersinvolved博士研究生，研究方向为水污染控制。influidizedbedbioreactors『J]．ChemEngTechnol，电话：139015829061996，19(1)：50—64．E—mail：zhangjianguo790825@163．tom[7]徐萌，李彦锋，杨艳，等．高吸油树脂材料的研究进展收稿日期：2007—04—20·36·