季戊四醇是以甲醛和乙醛為原料,在堿性縮合劑存在下反應(yīng)而得。原材料以一定的摩爾配比,于25~32℃反應(yīng)6~7h,經(jīng)中和過濾即得季戊四醇。由于該產(chǎn)品廣泛用于各行業(yè),近年來,在國(guó)內(nèi)季戊四醇的發(fā)展非常迅速,其產(chǎn)生的衍生品也在市場(chǎng)上占有越來越大的份額。故而導(dǎo)致生產(chǎn)該類產(chǎn)品所產(chǎn)生的廢水也在廢水種類中占有很大的比例。因其生產(chǎn)原材料的特性,季戊四醇廢水中含有高濃度的甲醛,約為1200~1500mg/L,COD含量平均在6000mg/L左右。具有一定毒性。不經(jīng)處理排放會(huì)對(duì)環(huán)境和生物產(chǎn)生極大的危害。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)季戊四醇廢水制定的廢水處理大多為混凝沉淀、生化等傳統(tǒng)工藝,但高含量的甲醛對(duì)生化作用的抑制非常明顯,導(dǎo)致處理效果往往不理想。本文探討了一種能夠在前端大幅度去除甲醛的工藝,即前端芬頓高級(jí)氧化工藝。
芬頓的實(shí)質(zhì)是二價(jià)鐵離子和雙氧水之間的鏈反應(yīng)催化生成羥基自由基。羥基自由基具有較強(qiáng)的氧化能力,據(jù)計(jì)算在pH=3的溶液中,其氧化電位高達(dá)2.73V,其氧化能力在溶液中僅次于氫氟酸。而且其氧化性沒有選擇性,氧化速率也較高,能適應(yīng)各種廢水的處理。另外,羥基自由基具有很高的電負(fù)性或親電性,其電子親和能高達(dá)569.3kJ,具有很強(qiáng)的加成反應(yīng)特性,很容易進(jìn)攻高電子云密度點(diǎn),因而Fenton試劑可無選擇的氧化水中的大多數(shù)有機(jī)物,特別適用于生物難降解或一般化學(xué)氧化難以奏效的有機(jī)廢水的氧化處理。對(duì)廢水中干擾物質(zhì)的承受能力較強(qiáng),既可以單獨(dú)使用,也可以與其他工藝聯(lián)合使用,以降低成本,提高處理效果。
芬頓氧化反應(yīng)采用Fenton試劑,其基本組成是硫酸亞鐵與雙氧水,其實(shí)質(zhì)為亞鐵離子和雙氧水之間的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)催化生成高活性的自由基與難降解有機(jī)物反應(yīng),使之發(fā)生部分氧化、耦合或氧化,形成分子量較小的中間產(chǎn)物,從而改變它們的可生化性、溶解性和混凝沉淀性。絡(luò)合物屬于難降解的一類污染物,采用Fenton試劑進(jìn)行氧化是比較好的廢水處理方法,可以達(dá)到很好的出水效果,其反應(yīng)機(jī)理如下:
本文通過對(duì)季戊四醇廢水進(jìn)行芬頓高級(jí)氧化實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)中各個(gè)運(yùn)行參數(shù)和實(shí)驗(yàn)效果做了分析,為預(yù)處理該類廢水的實(shí)踐工程提供理論參考。
一、材料與方法
1.1實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)所取廢水為甲醛廢水,其廢水水質(zhì)指標(biāo)見表1。
1.2實(shí)驗(yàn)工藝流程
取甲醛廢水,首先經(jīng)過芬頓氧化工藝進(jìn)行芬頓反應(yīng),反應(yīng)完成的出水再曝氣進(jìn)行脫氣反應(yīng),在脫氣完成后在廢水中加入液堿,提高污水的pH在6.5~7.0之間,使污水中的三價(jià)鐵與污水中的SS、膠體和色度等一起發(fā)生絮凝反應(yīng),然后再投加陽(yáng)離子PAM,強(qiáng)化絮凝反應(yīng),使污泥聚集,完成反應(yīng)過程后靜置沉淀,實(shí)現(xiàn)水泥分離。實(shí)驗(yàn)確定的工藝流程見圖1。
1.3實(shí)驗(yàn)儀器及分析方法
曝氣儀器采用電磁式空氣泵配合曝氣石,實(shí)驗(yàn)容器采用500mL、250mL燒杯若干只及其他附屬配件。COD的測(cè)定采用消解比色法,甲醛測(cè)定采用乙酰丙酮分光光度法。
1.4實(shí)驗(yàn)方法
取FeSO4(純度95%)20g置于300mL燒杯中,加入清水至200mL,配置成濃度約為10%的FeSO4溶液,攪拌均勻待用。取500mL的燒杯,加入廢水300mL,用pH測(cè)定儀檢測(cè)廢水配件pH為3.8,隨后投加FeSO4溶液及H2O2(濃度27.5%),反應(yīng)時(shí)間定為35min。期間用玻璃攪拌棒不停攪拌。
芬頓反應(yīng)完成后將曝氣石置于杯底并連接空氣泵向水中鼓氣,曝氣時(shí)間暫時(shí)定為3hr,脫氣結(jié)束后,往廢水中投加液堿(濃度30%),調(diào)整廢水的pH在6.5~7.0,使Fe3+與OH-生成Fe(OH)3,最后投加PAM(分子量1200萬(wàn)),利于Fe(OH)3混凝反應(yīng),形成大顆粒的礬花。靜置沉淀約1hr后,取上清液用濾紙過濾出水。實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見圖2。
二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1芬頓氧化運(yùn)行控制分析
在原水pH為3.8時(shí),投加FeSO4及H2O2,攪拌使兩種藥劑與廢水充分混合均勻。首先將反應(yīng)時(shí)間控制在35min,加入廢水中的FeSO4和H2O2加藥量分別是0.2g/L廢水和0.1g/L廢水開始,檢測(cè)反應(yīng)后出水甲醛含量,以后逐次增加FeSO4和H2O2的投加量并同時(shí)檢測(cè)出水水質(zhì),記錄數(shù)據(jù)見圖3。從圖3可知,在pH=3.8,HRT=35min時(shí),當(dāng)FeSO4和H2O2加藥量分別是0.6g/L廢水和0.5g/L廢水,出水甲醛濃度可以低至130mg/L,去除率達(dá)到90%以上。當(dāng)FeSO4和H2O2加藥量逐次增加后,出水甲醛濃度基本無太大變化。
經(jīng)上述第一步實(shí)驗(yàn)過程確定FeSO4和H2O2的最佳投加量后,反應(yīng)時(shí)間從10min開始逐次增加至50min,并記錄出水甲醛濃度,整理數(shù)據(jù)見圖4。由圖4可以看出反應(yīng)時(shí)間在40min時(shí),在同樣的藥劑投加量前提下,出水甲醛濃度可以低至126mg/L,以后逐次遞增反應(yīng)時(shí)間,出水甲醛濃度無太大變化。由此可知處理季戊四醇廢水的芬頓氧化反應(yīng)的時(shí)間宜在35~40min,最優(yōu)選為40min。
2.2脫氣反應(yīng)過程運(yùn)行控制分析
在經(jīng)過上述兩部反應(yīng)確定加藥量及反應(yīng)時(shí)間的前提下,得到最佳反應(yīng)效果的廢水進(jìn)入脫氣實(shí)驗(yàn)過程。脫氣過程主要是通過曝氣去除剩余及未反應(yīng)的H2O2,使其分解為H2O和O2;使Fe2+氧化成Fe3+。在脫氣過程結(jié)束后投加液堿,將廢水的pH調(diào)整在7.0左右,使Fe3+與OH-生成Fe(OH)3,并通過投加PAM,使Fe(OH)3完成絮凝反應(yīng),形成大顆粒礬花。并在隨后的靜置沉淀過程中泥水分離。取上清液通過濾紙過濾后檢測(cè)出水甲醛及COD濃度。
整個(gè)脫氣反應(yīng)過程控制曝氣量從6L/m2•min逐次增加并檢測(cè)出水甲醛濃度。記錄數(shù)據(jù)見圖5,由圖5可知,曝氣強(qiáng)度對(duì)脫氣的效果及甲醛的去除有重要影響,其中在曝氣強(qiáng)度為16L/m2•min,出水甲醛濃度為120mg/L,去除率達(dá)到90%以上,COD也從6000mg/L降解至5000mg/L,去除率可達(dá)到17%。
三、結(jié)論
(1)采用Fenton氧化法預(yù)處理季戊四醇廢水的過程主要由芬頓氧化、脫氣、混凝沉淀構(gòu)成,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析,該工藝對(duì)廢水中的甲醛去除效果顯著,利于后續(xù)生化處理,最終達(dá)標(biāo)排放。
(2)經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析確定,在原水pH在3~4,反應(yīng)時(shí)間為40min,F(xiàn)eSO4和H2O2反應(yīng)的加藥量分別是0.6g/L廢水和0.5g/L廢水時(shí),出水的甲醛濃度最低,將甲醛濃度從1450mg/L降解到126mg/L,去除率90%以上。
(3)經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析確定,脫氣過程中的曝氣強(qiáng)度在16L/m2•min時(shí),出水甲醛濃度低至120mg/L,COD的去除率同時(shí)可達(dá)17%。
(4)芬頓氧化工藝對(duì)季戊四醇廢水中甲醛去除效果顯著,可以提供工程實(shí)踐參考。( >
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