改性煤矸石对味精废水的吸附试验研究

摘要：利用煤矸石中碳、硅、铝共存的特性，对其进行改性，可制备出吸附性能优良的吸附剂，为工业废水和中水回用的吸附处理提供新材料。本研究通过改性煤矸石对味精废水进行吸附实验，探讨改性煤矸石的粒径、用量、吸附时间对味精废水的氨氮， COD吸附的影响。 结果表明，改性煤矸石的粒径为120目，吸附时间180min、投加量4.0g时，对味精废水COD和氨氮去除率最大。

关键词：改性煤矸石；吸附；味精废水； 去除率

Abstract: by using coal gangue, silicon, aluminum carbon in the characteristics of coexistence, and carry on the modification, can be prepared by the good performance of absorbent adsorption, for industrial waste water and water reuse adsorption deal with new material. This study through the modification of coal gangue monosodium glutamate wastewater for adsorption experiment, this paper discusses the size and amount of the modified coal gangue, adsorption time on the monosodium glutamate wastewater ammonia nitrogen, COD adsorption effect. The results showed that the modification gangue particle size of 120 mesh, adsorption time 180 min, dosing quantity 4.0 g, monosodium glutamate wastewater of COD and ammonia nitrogen removal efficiency is the largest.

Keywords: modified coal gangue; Adsorption; Monosodium glutamate wastewater; Removal rate

中图分类号： X703 文献标识码： A 文章编号：

煤矸石是煤矿开采、洗选加工过程中产生的废石。随着科学的发展，人们逐渐认识到煤矸石也是可利用的一种资源。研究证明，煤矸石作为原材料广泛用于化工、建筑、农业、电力、等行业。本研究通过试验模拟，描述不同粒径、不同投加量和吸附时间的煤矸石对味精废水COD和氨氮去除率的变化，探讨煤矸石用于吸附材料处理味精废水的可行性。

1 材料与方法

1.1改性煤矸石的制备

煤矸石取自于平顶山市煤矿,其化学组成比较复杂,SiO2和Al2O3,SiO2等相对含量在60%左右；另外,还有一些微量元素和稀土元素。X射线衍射测试结果表明,煤矸石主要以粘土矿物为主体,其中高岭石的相对含量高达60%～70%左右,另外含有一些蒙脱石、伊利石、石英、白云石和方解石等。

将煤矸石与ZnC12按一定比例混匀，高温下煅烧一定时间，室温下冷却，取一定量样品用一定浓度的HCl加热回流酸化2h，水洗至pH值为中性，105℃下干燥，即得改性煤矸石[1]。

1.2 样品制备

对煤矸石进行擦拭，把表面的煤屑去掉，在缺氧气氛(即将盛装样品的容器加盖，留缝，保证在焙烧时样品不被氧化，同时产生的气体可排出)下，按煤矸石与氯化锌的比例(g/g)为1：1混匀，于650℃焙烧2h，按10g用50mL2.4mol/L的HCl的比例，加上数粒玻璃珠，在电炉加热装置上加热回流酸化(即将焙烧后的样品与盐酸混合后加热酸化[2]，为防止HCl加热后逸出，在容器上方安装冷凝管，以保证酸化过程中HCl的浓度)1h，为避免恶臭气味可在冷凝管上盖上小烧杯。用蒸馏水反复多次冲洗煤矸石，之后在铁架台上用玻璃漏斗过滤，用蒸馏水继续冲洗过滤，直至中性，然后在105℃下干燥，即得改性煤矸石,后再用多孔分筛器筛分： 20目，40目，60目，80目，100目，120目，180目，200目。

1.3味精工业废水的配制

用味精高浓度有机废水，稀释30倍后的水样,用于模拟味精工业废水。 味精生产过程中产生的高浓度有机废水是指发酵母液或者离交尾液[3]，即味精发酵液提取谷氨酸后排放的母液。稀释30倍后， pH为1.8-3.2，COD为 770mg/L， NH.-N为217mg/L，浊度为29 NTU 。

1.4 测定方法

氨氮的测定采用纳氏试剂比色法，COD采用58-1型COD快速测定仪来测定，

2 结果与讨论

2.1不同粒径改性煤矸石对COD和NH3-N去除率的影响

分别称取7不同粒径40，60，80，100，120，180，200目的改性煤矸石1.0g放到7个小锥形瓶中，再加50ml味精废水到锥形瓶中，放到震荡器里震荡2h取出，把吸附后的水样按粒径大小编号，离心30min，取上清液，测定COD和NH3-N。测定结果如图1所示。

a CODb NH3-N

图1 不同粒径的改性煤矸石对COD和NH3-N去除率的影响

随着改性煤矸石粒径不断减小，COD和NH3-N的浓度快速下降，对应的去除率呈上升趋势。这表明随着改性煤矸石粒径的减小，其吸附效果随之提高，且粒径越小的煤矸石具有更大的比表面积，故其吸附性能较好。当改性煤矸石的粒径减小到120目后，COD和NH3-N的去除率趋于稳定，分别为70.31%和63.97%。因此，吸附法处理味精废水，改性煤矸石采用适当的粒径即可，过小的粒径并不能有效地提高去除率。

2.2不同投加量对COD和NH3-N去除率的影响

分别称取120目的改性煤矸石0.5g，1.0g, 2.0g, 3.0g, 4.0g, 5.0g, 6.0g放到7个小锥形瓶中，再加50ml味精废水到锥形瓶中，放到震荡器里震荡2h取出

a CODb NH3-N

图2 不同投加量的改性煤矸石对COD和NH3-N去除率的影响

由图可知，随着改性煤矸石投加量的增加，味精废水中COD和NH3-N的浓度逐渐下降，对应的去除率逐渐增加。当投加量增加到一定程度(4.0g)后，COD和NH3-N去除率提高很少，趋于稳定。因此，用吸附法处理味精废水，需采用适量的改性煤矸石，过多的投加量并不能有效地提高去除率。

2.3不同吸附时间对COD和NH3-N去除率的影响

分别称取120目的改性煤矸石4.0g放到7个小锥形瓶中，再加50ml味精废水到锥形瓶中，放到震荡器里震荡5, 10, 20, 60, 90, 120, 180, 200, 220 min，把吸附后的水样按吸附时间多少编号，放到离心机里离心30min，取上清液测定COD和NH3-N，试验结果如图3所示。

a CODb NH3-N

图3 不同吸附时间对COD和NH3-N去除率的影响

味精废水中COD的浓度随着吸附时间的延长而逐渐降低，其去除率逐渐增加。氨氮的去除率随着吸附时间的增加而快速提高。当吸附时间增加到180min时，COD和NH3-N的去除率达到最大值，分别为73.44%和70.83%，而后趋于稳定。因此，若用吸附法处理味精废水，采用适当的吸附时间即可，过长的吸附时间并不能有效地提高去除率。

3 结论

煤矸石与ZnC12混合缎烧后以HCl酸化的改性方法，制得具有优良吸附性能的新材料，处理味精废水的试验结果表明，最佳粒径为120目，最佳吸附时间为180min、改性煤矸石最佳投加量4.0g时，对50ml的味精废水进行处理，氨氮去除率达到70.83%，COD去除率达到73.44%。

参考文献

[1] 宫晨深，宋旭艳，李东旭. 锻烧活化煤矸石的机理探讨闭.材料科学与工程学报,2005,筑1) ;8891

[2] Knut O. Kjellsen, Rachel J. Detwiler and Odd E. GjBackscattered electron imaging of cement pastes hydrated at different temperature

[3]李尉卿，崔淑敏.硫酸-高压蒸汽法活化煤矸石制作吸附材料的研究[J].粉煤灰综合利用，2004(6)：32~34

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。