用硅藻土回收染料废水中的亚硫酸钠

　　吉林化学工业公司染料厂排出的工业废水中含有萘、萘酚、萘酚衍生物、Na₂SO₃及NaHSO₃等物质，其中Na₂SO₃占14.84%。为提取废水中的Na₂SO₃晶体，先后采取了加热蒸馏有机物、筛网(滤纸)过滤、活性炭吸附等方法，但效果均不够理想，因此，采用硅藻土作助滤剂进行试验。

1　试验原理与方法

1.1　原理
　　按机械载流的原理，助滤剂颗粒可以载流杂质，吸附一定量的萘、萘酚、萘酚衍生物和其他杂质，使澄清液体流出以达到过滤的目的。因而，助滤剂的结构形式、间隙大小、表面组成、吸附能力等对滤液的澄清度有很大影响，同时，滤液的粘度、密度、温度等对过滤效果也有一定的影响。试验采用先预涂再进行主体过滤的方法，预涂作用在于形成预涂层，从而延长助滤剂的过滤周期。助滤剂过滤过程主要是形成一个滤饼，这个滤饼具有液体的可透性，在液体透过过程中，助滤剂的颗粒对杂质颗粒有一定的吸附作用。如果没有助滤剂，滤饼只是由杂质颗粒沉降形成，液体的透过性极差。
　　对于恒压过滤，应用Carman方程：
　　　　　　　　　t/V=〔U²αCsYmt／2ΔP²A³〕V　　　(1)
　　式中　V——时间t(s)内的总流量，m³
　　　　　U——被过滤液的粘度，Pa·s
　　　　　α——过滤阻抗，m/kg
　　　　　Cs——被过滤液体的总渣量，kg/m³
　　　　　Ym——单位面积滤材的比阻抗，m-1
　　　　　A——过滤饼的面积，m²
　　　　　ΔP——过滤压力，Pa

　　式(1)中如果滤饼不可压缩，则α不变，t/V对V是直线关系；如果滤饼可压缩，则α改变，t/V对V不是直线关系。直线关系有利于过滤(且斜率越小越有利于过滤)，非直线关系不利于过滤。萘酚类染料工业废水滤出液中的亚硫酸钠含量用分光光度法测定。溴百里香酚兰为酸碱指示剂，其变色范围为pH=6.0～7.6，颜色由黄变蓝。根据吸收度与浓度成正比的关系即可求得未知物中Na2SO3的百分含量。
1.2　试验方法
　　原水为吉林化学工业公司染料厂排出的工业废水(Na2SO3占14.84%)，红褐色。助滤剂为吉林大学物理化学研究室研制的高温硅藻土(含无定形SiO285%～94%)。亚硫酸钠、碳酸钠均为分析纯。
过滤装置如图1所示，其过滤面积为3.85×10^-5m²，直径为7.0×10^-2 m，高度为5.0×10^-2 m(亦可根据过滤量决定)。过滤的目的是去除废水中高于5%的NaHSO₃(2NaHSO₃+Na₂CO₃→2Na₂SO₃+H₂O+CO₂↑)。试验时，在1 kg废水中加入1.5×10^-2 kg的Na₂CO₃，将0.20 L含硅藻土助滤剂的废水从加料口加入、抽滤，在滤纸(筛网)上形成预涂层；将流出液再次通过加料口加入，重复三次，完成预涂。最后通入具有一定比例助滤剂的废水，加压进行过滤。全部过滤结束后，用少许蒸馏水重复过滤2次，以保证滤液中Na₂SO₃的含量。

　　取滤液用分光光度法分析Na₂SO₃的相对含量，加热浓缩，去除多余的水分和少量酚，干燥后即得白色晶体Na₂SO₃。

2　结果与讨论

2.1　助滤剂最佳用量的选取
　　预涂5.0×10^-3 kg(1.30kg/m²)助滤剂，主体过滤用量分别为：0.10×10^-2、0.25×10^-2、0.50×10^-2、1.00×10^-2、2.00×10^-2 kg/L；压力表压力为4.90×10⁴ Pa。各种助滤剂用量试验数据见表1。

　　经试验，斜率小的助滤效果好，用量为0.50×10^-2 kg/L的为最佳，斜率比用量为1.00×10^-2 kg/L时的略大，但二者相差很小，Na2SO3的相对含量相差得也很小。用量为0.25×10^-2 kg/L时，斜率虽然也很小，但用量过少，预涂不均匀，过滤效果不理想，同时，Na2SO3的相对含量增加得也很少。所以，最佳助滤剂用量的选择为0.50×10^-2 kg/L。助滤剂用量为 0.10×10^-2 kg/L和2.00×10^-2 kg/L的过滤效果不好，前者滤饼太薄不均匀，Na2SO3相对含量增加值很少；后者助滤剂用量多，滤饼太厚，影响过滤速度，虽然Na2SO3 的相对含量有所增加，但此方法是不可取的。因此，在压力为4.90×10⁴ Pa的情况下，预涂5.0×10^-3 kg(1.30kg/m²) 助滤剂，主体过滤最佳用量为0.50×10^-2 kg/L。
2.2　最佳过滤压力的选取
　　预涂5.0×10^-3 kg(1.30kg/m²)助滤剂，主体过滤用量为0.50×10^-2 kg/L。各种过滤压力的试验数据见表2。

　　由试验可知，压力为2.45×10⁴ Pa时，得一条曲线；压力为4.90×10⁴ Pa时，得一条直线，斜率为0.20，Na₂SO₃的相对含量增加到19.91%；压力为9.80×10⁴ Pa时，得一条直线，斜率为零，Na2SO3的相对含量增加到19.89%；而当压力为1.96×10⁵ Pa时，斜率为零，但Na₂SO₃的相对含量没有增加，主要原因是压力过大、流速过快，助滤剂没有起到吸附杂质的作用。可见，压力为2.45×10⁴ Pa和1.96×10⁵ Pa的过滤效果不好，是不可取的。所以，最佳过滤压力的选取应在(4.90～9.80)×10⁴Pa的范围之间。

3 结论

  　　采用硅藻土作助滤剂进行处理萘酚类染料工业废水回收亚硫酸钠的过滤试验结果表明：选用预涂5.0×10^-3 kg(1.30kg/m²)助滤剂，主体过滤用量应为0.50×10^-2 kg/L；压力应在(4.90～9.80)×10⁴ Pa的范围之间选取。过滤液中的亚硫酸钠的含量可增加到23.92%，加热浓缩滤液，去除多余水分和少量酚类，干燥后可得到白色的亚硫酸钠晶体，其回收率为87.33%，纯度为89.81%。采用这种方法，能使被过滤的液体流速在总体上比筛网过滤快、流出的滤液澄清度好(浅粉色)、亚硫酸钠的回收率高(筛网过滤为74.71%)、含量增加(筛网过滤为14.84%)、纯度提高(筛网过滤为68.14%)。
  　　据资料报道：近年来，人们发现不少微生物及其所分泌的大分子或高分子化合物具有使微细颗粒疏水絮凝的功能。研究结果也证实，某些微生物的衍生物确实既可以加速颗粒沉降，提高物料过滤速度，又能降低滤饼水分。此种生化方法不仅可以产生化学反应难以合成的理想的分子结构的助滤剂，而且原料来源也不像化学反应那样要求严格。因此，采用助滤剂处理液体的分离技术将会有广阔的发展前景。