劉偉明，冷紅霞，董順福，王桂賢
(第四軍醫大學吉林軍醫學院，吉林吉林市132013)

　　摘　要：采用硅藻土作助濾劑，通過預涂和主體吸附、過濾的方法回收萘酚類染料工業廢水中溶解的亞硫酸鈉。研究結果表明：采用此法獲得的晶體亞硫酸鈉，其回收率和相對含量都優于篩網過濾法；應用Carman方程計算出過濾定量液體所使用的最佳助濾劑用量及對應壓力。
　　關鍵詞：硅藻土助濾劑；預涂；主體過濾；染料廢水；亞硫酸鈉
　　中圖分類號：X788文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)08-0069-02

　　吉林化學工業公司染料廠排出的工業廢水中含有萘、萘酚、萘酚衍生物、Na₂SO₃及NaHSO₃等物質，其中Na₂SO₃占14.84%。為提取廢水中的Na₂SO₃晶體，先后采取了加熱蒸餾有機物、篩網(濾紙)過濾、活性炭吸附等方法，但效果均不夠理想，因此，采用硅藻土作助濾劑進行試驗。

1　試驗原理與方法

1.1　原理
　　按機械載流的原理，助濾劑顆粒可以載流雜質，吸附一定量的萘、萘酚、萘酚衍生物和其他雜質，使澄清液體流出以達到過濾的目的。因而，助濾劑的結構形式、間隙大小、表面組成、吸附能力等對濾液的澄清度有很大影響，同時，濾液的粘度、密度、溫度等對過濾效果也有一定的影響。試驗采用先預涂再進行主體過濾的方法，預涂作用在于形成預涂層，從而延長助濾劑的過濾周期。助濾劑過濾過程主要是形成一個濾餅，這個濾餅具有液體的可透性，在液體透過過程中，助濾劑的顆粒對雜質顆粒有一定的吸附作用。如果沒有助濾劑，濾餅只是由雜質顆粒沉降形成，液體的透過性極差。
　　對于恒壓過濾，應用Carman方程：
　　　　　　　　　t/V=［U²αCsYmt／2ΔP²A³］V　　　(1)
　　式中　V——時間t(s)內的總流量，m³
　　　　　U——被過濾液的粘度，Pa·s
　　　　　α——過濾阻抗，m/kg
　　　　　Cs——被過濾液體的總渣量，kg/m³
　　　　　Ym——單位面積濾材的比阻抗，m-1
　　　　　A——過濾餅的面積，m²
　　　　　ΔP——過濾壓力，Pa

　　式(1)中如果濾餅不可壓縮，則α不變，t/V對V是直線關系；如果濾餅可壓縮，則α改變，t/V對V不是直線關系。直線關系有利于過濾(且斜率越小越有利于過濾)，非直線關系不利于過濾。萘酚類染料工業廢水濾出液中的亞硫酸鈉含量用分光光度法測定。溴百里香酚蘭為酸堿指示劑，其變色范圍為pH=6.0～7.6，顏色由黃變藍。根據吸收度與濃度成正比的關系即可求得未知物中Na2SO3的百分含量。
1.2　試驗方法
　　原水為吉林化學工業公司染料廠排出的工業廢水(Na2SO3占14.84%)，紅褐色。助濾劑為吉林大學物理化學研究室研制的高溫硅藻土(含無定形SiO285%～94%)。亞硫酸鈉、碳酸鈉均為分析純。
過濾裝置如圖1所示，其過濾面積為3.85×10^-5m²，直徑為7.0×10^-2 m，高度為5.0×10^-2 m(亦可根據過濾量決定)。過濾的目的是去除廢水中高于5%的NaHSO₃(2NaHSO₃+Na₂CO₃→2Na₂SO₃+H₂O+CO₂↑)。試驗時，在1 kg廢水中加入1.5×10^-2 kg的Na₂CO₃，將0.20 L含硅藻土助濾劑的廢水從加料口加入、抽濾，在濾紙(篩網)上形成預涂層；將流出液再次通過加料口加入，重復三次，完成預涂。最后通入具有一定比例助濾劑的廢水，加壓進行過濾。全部過濾結束后，用少許蒸餾水重復過濾2次，以保證濾液中Na₂SO₃的含量。

　　取濾液用分光光度法分析Na₂SO₃的相對含量，加熱濃縮，去除多余的水分和少量酚，干燥后即得白色晶體Na₂SO₃。

2　結果與討論

2.1　助濾劑最佳用量的選取
　　預涂5.0×10^-3 kg(1.30kg/m²)助濾劑，主體過濾用量分別為：0.10×10^-2、0.25×10^-2、0.50×10^-2、1.00×10^-2、2.00×10^-2 kg/L；壓力表壓力為4.90×10⁴ Pa。各種助濾劑用量試驗數據見表1。

表1　助濾劑用量試驗數據 助濾劑用量(×10^-2kg/L) 0.10 0.25 0.50 1.00 2.00 斜率 　 0.21 0.20 0.19 0.28 Na₂SO₃相對含量(%) 17.93 18.20 19.40 19.92 19.92

　　經試驗，斜率小的助濾效果好，用量為0.50×10^-2 kg/L的為最佳，斜率比用量為1.00×10^-2 kg/L時的略大，但二者相差很小，Na2SO3的相對含量相差得也很小。用量為0.25×10^-2 kg/L時，斜率雖然也很小，但用量過少，預涂不均勻，過濾效果不理想，同時，Na2SO3的相對含量增加得也很少。所以，最佳助濾劑用量的選擇為0.50×10^-2 kg/L。助濾劑用量為 0.10×10^-2 kg/L和2.00×10^-2 kg/L的過濾效果不好，前者濾餅太薄不均勻，Na2SO3相對含量增加值很少；后者助濾劑用量多，濾餅太厚，影響過濾速度，雖然Na2SO3 的相對含量有所增加，但此方法是不可取的。因此，在壓力為4.90×10⁴ Pa的情況下，預涂5.0×10^-3 kg(1.30kg/m²) 助濾劑，主體過濾最佳用量為0.50×10^-2 kg/L。
2.2　最佳過濾壓力的選取
　　預涂5.0×10^-3 kg(1.30kg/m²)助濾劑，主體過濾用量為0.50×10^-2 kg/L。各種過濾壓力的試驗數據見表2。

表2　各種過濾壓力試驗數據 壓力(×10⁴Pa) 2.45 4.90 7.35 9.80 19.60 斜率 　 0.20 0.01 0 0 Na₂SO₃相對含量(%) 18.21 19.91 19.92 19.89 18.84

　　由試驗可知，壓力為2.45×10⁴ Pa時，得一條曲線；壓力為4.90×10⁴ Pa時，得一條直線，斜率為0.20，Na₂SO₃的相對含量增加到19.91%；壓力為9.80×10⁴ Pa時，得一條直線，斜率為零，Na2SO3的相對含量增加到19.89%；而當壓力為1.96×10⁵ Pa時，斜率為零，但Na₂SO₃的相對含量沒有增加，主要原因是壓力過大、流速過快，助濾劑沒有起到吸附雜質的作用。可見，壓力為2.45×10⁴ Pa和1.96×10⁵ Pa的過濾效果不好，是不可取的。所以，最佳過濾壓力的選取應在(4.90～9.80)×10⁴Pa的范圍之間。

3 結論

　　采用硅藻土作助濾劑進行處理萘酚類染料工業廢水回收亞硫酸鈉的過濾試驗結果表明：選用預涂5.0×10^-3 kg(1.30kg/m²)助濾劑，主體過濾用量應為0.50×10^-2 kg/L；壓力應在(4.90～9.80)×10⁴ Pa的范圍之間選取。過濾液中的亞硫酸鈉的含量可增加到23.92%，加熱濃縮濾液，去除多余水分和少量酚類，干燥后可得到白色的亞硫酸鈉晶體，其回收率為87.33%，純度為89.81%。采用這種方法，能使被過濾的液體流速在總體上比篩網過濾快、流出的濾液澄清度好(淺粉色)、亞硫酸鈉的回收率高(篩網過濾為74.71%)、含量增加(篩網過濾為14.84%)、純度提高(篩網過濾為68.14%)。
　　據資料報道：近年來，人們發現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細顆粒疏水絮凝的功能。研究結果也證實，某些微生物的衍生物確實既可以加速顆粒沉降，提高物料過濾速度，又能降低濾餅水分。此種生化方法不僅可以產生化學反應難以合成的理想的分子結構的助濾劑，而且原料來源也不像化學反應那樣要求嚴格。因此，采用助濾劑處理液體的分離技術將會有廣闊的發展前景。

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　　電　話：13019164338
　　收稿日期：1999-11-19