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铁碳微电解联合过硫酸盐深度处理造纸废水的研究

时间:2020-05-13 来源:北极星环境修复网  作者:佚名   点击:

  北极星水处理网讯:用铁碳微电解联合过硫酸盐深度处理造纸废水,考察了反应时间、初始pH、铁碳质量比、铁碳总投加量、过硫酸盐(PS)投加量等因素对处理效果的影响,并对不同体系下的废水处理效果进行比较。结果表明:铁碳微电解联合过硫酸盐工艺能够有效深度处理造纸废水,在反应时间为150min、pH=5、m(Fe0):m(AC)=2:3、铁碳总投加量为0.15g、PS投加量为7.5mmol/L的条件下,COD和色度去除率分别在63%、95%左右,出水水质满足造纸工业排放标准要求(GB3544—2008)。

  制浆造纸废水成分复杂、排放量大、处理困难,经一级物化和二级生化处理后,仍存在COD高、色度深、难以达标排放等问题,需进一步处理,即三级处理或深度处理。常见的深度处理方法有物化法、生化法和高级氧化法。其中高级氧化法因氧化能力强、反应彻底、反应时间短、占地面积小而得到广泛应用。

  基于硫酸根自由基(SO4-·)的高级氧化技术近年来得到快速发展。过硫酸盐(PS)经过UV、超声、热及过渡金属等活化后能够产生有极强氧化能力的SO4-·。零价铁(Fe0)活化PS是近年来的研究热点。

  万小娇等用Fe0活化PS深度处理垃圾渗滤液膜浓缩液,在pH<3、温度45℃、n(K2S2O8):n(Fe0)10条件下,COD去除率稳定保持在80%以上。X.Y.Wei等用零价铁活化过硫酸盐去除水中的苯达松,初始pH(≤7)条件下,零价铁为4.477mmol/L、PS为0.262mmol/L时,0.021mmol/L的苯达松全部降解完全。但有研究表明,Fe0剂量低时会降低体系的氧化效率。且Fe0极易被氧化,在表面形成一层“氧化膜”,阻止反应进一步进行。

  铁碳微电解是一种广泛用于染料废水、石化废水、垃圾渗滤液、医药废水与焦化废水的处理技术,其原理是基于原电池的氧化还原反应,铁阳极为电化学腐蚀提供电子。当铁、活性炭与废水接触时形成大量微观原电池。

  本研究采用铁碳微电解联合过硫酸盐深度处理造纸废水,不仅减少铁碳用量,避免铁屑结块、反应床堵塞等问题,还可促进生成更多的SO4-·,高效降解有机物。

  1 材料与方法

  01 实验水样

  实验水样取自陕西某造纸厂污水处理站二沉池出水,主要水质指标如表1所示。

  表1主要水质指标

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  02 试剂与仪器

  试剂:零价铁粉(Fe0,100目,0.15mm);颗粒活性炭(AC,0.9~3mm),使用前在原废水中反复吸附,减小吸附作用对实验结果的影响;过硫酸钾、碘化钾、碳酸氢钠、乙醇、叔丁醇、硫酸、氢氧化钠,均为分析纯。

  仪器:JJ-4六联搅拌器,金坛国华电器有限公司;SP-UV1100紫外分光光度计,大龙兴创实验仪器股份公司;5B-6C多参数水质测定仪,连华科技;EPS-3D色度测定仪,合肥恩帆仪器设备有限公司;Vertex70红外光谱仪,德国布鲁克;Lambda25紫外-可见分光光度计,PerkinElmer;TD4N离心机,长沙英泰仪器有限公司;AR223CN分析天平,德国赛多利斯。

  03 实验方法

  在100mL废水中依次加入活性炭、Fe0、PS,置于六联搅拌器上进行反应,转速为240r/min,反应温度为室温,溶液pH由0.1mol/L的H2SO4溶液和NaOH溶液调节。反应一定时间后取适量溶液调节pH至9~9.5,在3500r/min转速下离心30min,取上清液进行检测。

  04 分析方法

  S2O82-测定方法:配制一定浓度的K2S2O8储备液,将不同体积的储备液移入50mL比色管,用蒸馏水稀释后依次加入0.2gNaHCO3、4gKI,使其充分溶解,再用蒸馏水稀释至刻度线,摇匀后静置显色15min,在352nm处以纯水作参比测定其吸光度,绘制浓度-吸光度标准曲线。按上述步骤测定待测溶液中K2S2O8的吸光度,用标准曲线求得浓度。

  COD采用多参数水质测定仪测定;色度用精密色度仪测定。

  取处理前后的废水在40℃下烘干,残留物用溴化钾压片法进行红外光谱扫描。

  取处理前后的废水,以纯水作参比进行紫外-可见全波长扫描,扫描范围200~700nm。

  用分光光度法鉴定自由基类型。以0.2mmol/L甲基紫为反应底物,分别在体系中加入乙醇或叔丁醇(TBA),在最佳反应条件下每隔5min取样,在580nm处测定吸光度。

  2 结果与讨论

  01 反应时间对废水深度处理效果的影响

  在pH为5、PS投加量为7.5mmol/L、m(Fe0): m(AC)为2:3、铁碳总投加量为0.15g的条件下,考察反应时间对造纸废水深度处理效果的影响。由实验结果可知,随着反应时间的延长,COD和色度的去除率均逐渐升高后趋于平缓。150min时COD与色度的去除率均达到最大,分别为62.6%、94.7%。随着反应时间增加,体系中不断有SO4-·产生,表现为COD和色度去除率不断升高;150min后去除率趋于平缓,原因在于体系中的PS消耗殆尽。因此,确定150min为最佳反应时间。

  02 初始pH对废水深度处理效果的影响

  在反应时间为150min、PS投加量为7.5mmol/L、m(Fe0):m(AC)为2:3、铁碳总投加量为0.15g的条件下,考察初始pH对造纸废水深度处理效果的影响。

  由实验结果可知,pH<7时,随着pH的升高,COD去除率逐渐升高,pH为5时达到最高值,为63.3%,可能是由于pH过低抑制了PS分解;pH<7时对色度去除率的影响不大,基本保持在93%。当pH≥7时,随pH的升高COD和色度去除率均逐渐降低,且PS的利用率也较低。

  可见酸性条件更利于反应的进行,这可能是因为铁碳在酸性条件下更易形成原电池,生成的高活性Fe2+和[H]不仅能与废水中的有机物发生氧化还原反应,破坏其发色或助色基团,还能促进SO4-·的产生。综上,确定最佳pH为5。

  03 m(Fe0):m(AC)对废水深度处理效果的影响

  在反应时间为150min、pH=5、PS投加量为7.5mmol/L、铁碳总投加量为0.15g的条件下,考察m(Fe0):m(AC)对造纸废水深度处理效果的影响,结果如图1所示。

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  图1 m(Fe0):m(AC)对废水深度处理效果的影响

  

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