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有機工業廢水去除COD的工藝——加壓氧化+Fenton法

文章出處:未知發表時間:2021-12-27 13:57:23

 

圖片2 

  有色金屬冶煉廢水因生產過程運用大量藥劑而呈現高氨氮、高COD及高色度的三高特征,是典型的毒性大、難降解工業有機廢水。廢水中所含有機污染物和高含量的無機鹽對微生物具有激烈抑止作用,不經有效處置會對生態環境和人類安康形成極大危害。目前,國內外多采用微生物降解、物理吸附、化學氧化法脫除廢水中的COD,但是仍然存在降解效率低、有機物去除率低等問題。

 

  高級氧化技術經過應用具有強氧化習氣的羥基自在基(HO·)將廢水中的有機污染物氧化成CO2H2O和無機鹽等,完成有效、快速、徹底的脫除COD,是環保范疇新興的廢水處置技術。高級氧化技術包括高壓脈沖技術、臭氧氧化法和Fenton氧化法等。經眾多學者研討發現,單一的高級氧化技術在研討和應用方面存在處置本錢高、能耗高、可處置物質單一等問題。因而,為提升高級氧化法的處置效率及氧化降解效果,國內外科研人員逐漸開端轉向高級氧化技術聯用工藝研討與開發,目前尚處于起步階段。

 

  本研討采用加壓氧化法+Fenton高級氧化法處置有機廢水,應用在高的氧氛圍圍中產生的高能活性氧化物質快速氧化降解大分子有機污染物,并與Fenton法結合應用,降低生物難降解物質含量,以完成有機廢水環保、高效的管理。

 

  1、實驗局部

 

  1.1 試劑與儀器

 

  七水硫酸亞鐵,雙氧水(H2O2的質量分數30%),工業級硫酸,重鉻酸鉀,硫酸銀,硫酸汞,氫氧化鈉,剖析純。

 

  電子剖析天平,JA2603B數顯恒溫水浴鍋,HH-6電動攪拌器,EUROSTARAR20低溫恒溫槽,DC-10101反響釜,GSHA-33LpH計,PHSJ-5

 

  1.2 廢水水質

 

  廢水水樣取自浙江某鈷冶煉公司冶煉有機廢水,廢水的COD2.357g/LpH5.58,油、Fe的質量濃度分別為135.40.3mg/L

 

  1.3 實驗辦法

 

  該有機工業廢水處理采用二段式工藝處置

 

  一段氧壓氧化。取1L冶煉廢水于反響釜內,釜內溫度升到一定后,向反響釜內通入氧氣,維持釜內高的氧氛圍圍,釜內事前添加的Fe2+提升氧氣應用率,且Fe2+被氧化后構成的Fe(OH)3膠體進一步吸附廢水中污染物,經過對氧分壓、溫度、硫酸亞鐵的參加量、反響時間等關鍵點控制,初步去除廢水中的COD

 

  二段Fenton工藝:取1L經一段氧化處置后廢水于2L燒杯中,在廢水中添加FeSO4·7H2OH2O2,應用Fe2+的催化作用,催化H2O2產生具有強氧化性的HO·,快速作用于廢水中難降解物質,對廢水中有機污染物進一步氧化處置,經過對FeSO4·7H2OH2O2的參加量、反響時間等關鍵參數的控制,完成對廢水中COD的進一步深度去除。

 

  2、結果與討論

 

  2.1 一段氧壓氧化條件及優化

 

  2.1.1 溫度

 

  固定氧分壓1MPa、反響時間2h、硫酸亞鐵的參加量10g不變,改動反響溫度分別為6080100120℃,檢測氧壓反響后液COD等指標。實驗結果如表1所示。

 

圖片3 

  由表1可知,隨著溫度升高,廢水中COD的去除率逐步升高后趨于平穩,100℃120℃時,廢水中COD去除率相差不大,且為節約能耗,較優溫度定為100℃

 

  2.1.2 硫酸亞鐵參加量

 

  固定氧分壓1MPa、反響時間2h、反響溫度100℃的條件不變,改動硫酸亞鐵的參加量分別為10203040506070g/L,結果如圖1所示。

 

圖片4 

  由圖1可知,硫酸亞鐵參加量小于60g/L時,隨著硫酸亞鐵參加量的增大,廢水中COD的去除率逐步上升。緣由是Fe2+被氧化為Fe3+提升了反響釜內氧氣應用率,廢水中易降解有機被氧化。但隨著硫酸亞鐵的參加量再增加,過量的Fe2+反而降低了釜內氧氣應用率,故廢水中COD的去除率反而降落。綜合思索硫酸亞鐵參加量以60g/L為宜。

 

  2.1.3 氧分壓

 

  固定反響時間2h、反響溫度100℃、硫酸亞鐵參加量60g/L條件不變,改動氧分壓為0.52.0MPa。實驗結果如表2所示。

 

圖片5 

  由表2可知,隨著氧分壓增大,COD去除率變化較小,氧分壓為2MPa時相較于1.0MPaCOD去除率僅上升了1.2個百分點/故較優氧分壓為1MPa

 

  2.1.4 反響時間

 

  固定氧分壓1MPa、反響溫度100℃、硫酸亞鐵參加量10g工藝條件不變,改動反響時間分別為2468h。實驗結果如表3所示。

 

圖片6 

  由表3可知,隨著反響時間的延長,廢水中COD的去除率先升高后降低,在反響時間為6h時,COD的去除率最高,廢水中可被氧化的有機分子曾經反響完整[16]。但反響時間為6h4h時僅升高1個百分點,綜合思索能耗等方面,較優反響時間為4h

 

  綜上所述,一段氧壓法優化實驗條件為:反響溫度100℃,氧分壓1MPa,反響時間4h,硫酸亞鐵參加量60g/L。在此優化條件下,廢水中的COD可從2.357g/L降至1.136g/LCOD去除率為51.80%另,油的質量濃度可從135.4mg/L降至38.15mg/LpH5.58降至1.73

 

  2.2 二段Fenton反響條件及優化

 

  2.2.1 pH

 

  固定溫度為室溫、硫酸亞鐵的參加量為5g/L、雙氧水的參加量為10mL/L,反響時間為0.5h的條件下,經過液堿調理廢水不同pH,調查不同pHFenton試劑作用效果的影響,結果如表4所示。

 

圖片7 

  由表4可知,隨著廢水pH升高,COD去除率逐步升高,在pH3.5時,COD去除率到達最大。緣由是廢水pH太低時,H+含量過高,生成的Fe3+很難再被復原為Fe2+Fe2+就會供應缺乏,進而抑止羥基自在基的產生,不利于催化反響的順利實施。當pH偏高時,廢水中Fe2+Fe3+會生成大量Fe(OH)2Fe(OH)3沉淀,從而降低Fe2+Fe3+催化功用,影響羥基自在基的生成,故綜合思索,選擇較優實驗pH條件為3.03.5

 

  2.2.2 溫度

 

  用液堿調理廢水pH3.03.5,硫酸亞鐵的參加量5g/L、雙氧水的參加量10mL/L、反響時間0.5h,改動反響溫度分別為20406080100℃,調查不同溫度對Fenton反響去除COD的影響,結果如表5所示。

 

圖片8 

  由表5可知,隨著溫度升高,COD的去除率逐步升高,至溫度為50℃時到達最大溫度高于60℃時,COD的去除率反而降低。隨著溫度升高,有利于增加HO·的活性,加快反響速率但溫渡過高,會促使H2O2合成生產H2OO2,不利于反響實施。故分離一段氧壓出液溫度,二段Fenton較優反響溫度選擇60℃

 

  2.2.3 反響時間

 

  用液堿調理廢水pH3.03.5,固定溫度為60℃、硫酸亞鐵的參加量5g/L、雙氧水的參加量10mL/L,改動反響時間分別為0.51.01.5h。實驗結果如表6所示。

 

圖片9 

  由表6可知,隨著反響時間的延長,廢水中COD去除率逐步上升,但1h后,COD去除率根本趨于平緩。緣由是Fenton氧化法處置廢水中污染物就是經過H2O2產生的HO·與廢水中有機物發作反響而使污染物得以降解,HO·的生成速率及其與有機物的反響速率的大小直接決議了Fenton試劑處置難降解廢水所需時問的長短。反響在前0.5h持續在發作,COD去除率疾速增大0.51h時,廢水中的局部有機物依然在被降解,但此時反響速度明顯變慢1后反響根本完成,延長反響時間,COD去除率根本堅持不變。

 

  鑒于大范圍廢水處置時,Fenton反響比擬劇烈,放出大量的熱,思索反響釜耐高溫,耐腐蝕才能,應思索盡量縮短反響時間,故選擇反響時間為0.5

 

  2.2.4 硫酸亞鐵參加量

 

  用液堿調理廢水pH3.03.5,固定雙氧水的參加量10mL/L、反響溫度60℃、反響時間為0.5h,改動硫酸亞鐵的參加量分別為357911g/L,實驗結果如表7所示。

 

圖片10 

  由表7可知,硫酸亞鐵的參加量從3g/L增加到5g/L時,COD去除率增加了約2個百分點,而繼續增加時,COD的去除率反而降低。反響開端,隨著體系中Fe2+的含量增大時,雙氧水產生的HO·量及速度都增大,且產生的HO·根本上都與廢水中有機物反響但當Fe2+的含量過高時,產生大量的HO·會發作反響H2O2+2HO·→O2+2H2O,反而耗費了大量HO·H2O2,因而選擇優化硫酸亞鐵的參加量為5g/L

 

  2.2.5 雙氧水參加量

 

  用液堿調廢水pH3.03.5,溫度60℃、硫酸亞鐵的參加量5g/L、攪拌反響時間0.5h,控制雙氧水的參加量為8101214mL/L,實驗結果如表8所示。

 

圖片11 

  由表8可知,隨著H2O2用量的增大,廢水中COD的去除逐步升高后趨于平穩,當雙氧水用量為14mL/L時,COD去除率最高,且油去除率達99.99%。但是此時本錢較高,且雙氧水投加量太大,工藝產業化應用對反響釜、管道等設備請求比擬高雙氧水用量在8mL/L時,COD去除率偏低,出水水質達不到請求。而雙氧水用量在10mL/L時出水水質已到達預期目的,且經濟上能夠承受。故思索綜合各要素后,最終選擇雙氧水用量為10mL/L

 

  綜上所述,二段Fenton法優化實驗條件為:反響時間0.5h,反響溫度60℃,硫酸亞鐵參加量5g/L,雙氧水參加量10mL/L,反響前液pH33.5

 

  2.3 氧壓+Fenton優化條件下的運轉

 

  取廢水,按2.1節和2.2節的優化條件,經一段氧壓、二段Fenton深度處置后水質如表9所示。

 

圖片12 

  由表9可知,優化條件下,可完成廢水COD和油的去除率分別達84.99%99.76%,處置后水質滿足GB8978-1996的三級規范,滿足回用水請求。

 

  3、結論

 

  1)氧壓氧化與Fenton高級氧化2段式工藝可有效完成鈷冶煉有機廢水的深度去除。

 

  2)一段氧壓法優化實驗條件為:反響溫度100℃,氧分壓1MPa,反響時間4h,硫酸亞鐵參加量60g/L二段Fenton法優化實驗條件為:反響時間0.5h,反響溫度60℃,硫酸亞鐵參加量5g/L,雙氧水參加量10mL/L,反響前液pH=33.5

 

  3)在優化實驗條件,鈷冶煉有機廢水中的COD可從2.357g/L降至0.3538g/LCOD總去除率84.99%油的質量濃度從135.4mg/L降至0.32mg/L

 


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