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行業(yè)新聞

活性炭吸附-Fenton氧化聯(lián)合工藝深度處理造紙廢水的研究

來源:濟(jì)南純水設(shè)備??????2019/12/14 10:02:58??????點擊:

濟(jì)南純水設(shè)備 http://yzbfc.com】采用活性炭吸附-芬頓氧化法研究了不同工藝參數(shù)對COD去除率的影響。結(jié)果表明,活性炭吸附實驗的最佳條件為:pH=6.0,活性炭用量為9.0g/L, COD131.9mg/L, COD去除率高,為16.8%,色度去除率為46.7%?;钚蕴款A(yù)處理后芬頓氧化實驗的最佳條件為:廢水初始pH3.5,加入FeSO4?7H2O0.805g,加入30%H2O20.2ml,反應(yīng)時間為30min, COD42.1mg/L, COD去除率為73.4%。活性炭吸附芬頓共處理工藝適用于造紙廢水的處理。

   據(jù)環(huán)保部統(tǒng)計,2016年中國造紙廢水排放量為23.67億噸,占中國工業(yè)廢水排放量的13%。污水排放COD33.5萬噸,南通純水設(shè)備占工業(yè)COD排放總量的13.1%。造紙廢水排放量大,有機(jī)污染物濃度高,可生化性差。傳統(tǒng)的生化方法操作成本高,投資大,難以達(dá)到理想的處理效果。因此,南通去離子水設(shè)備研究一種較好的深度氧化法處理造紙廢水迫在眉睫。

    活性炭吸附法具有有機(jī)濃度穩(wěn)定、反應(yīng)速度快等優(yōu)點。近年來,活性炭吸附技術(shù)在有機(jī)廢水處理中受到廣泛關(guān)注。芬頓氧化操作簡單,反應(yīng)迅速,不需要復(fù)雜的設(shè)備。

    因此,本實驗采用活性炭吸附芬頓處理造紙廢水,將活性炭引入傳統(tǒng)芬頓體系。探討不同pH值、不同投加量、不同反應(yīng)時間、不同溫度對COD去除率的影響,為造紙廢水處理提供新思路、新方法,為其提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

實驗1

1.1實驗水

    水樣采集自陜西某造紙廠廢水二次沉淀池出口。水質(zhì)指標(biāo)為:pH=7.45, chroma =15, COD=158.5mg/L。

1.2設(shè)備與藥品

設(shè)備:jj-1型精密電動攪拌機(jī);V8 COD快速測定儀,持續(xù)開發(fā)。

    藥物:FeSO4?7H2O:分析純,天津天力化學(xué)試劑有限公司氯化鈉,無水Na?所以?:純粹的優(yōu)秀水平,國家醫(yī)學(xué)組;活性炭:分析純,南通純水設(shè)備天津科美爾試劑有限公司雙氧水:分析純度(質(zhì)量濃度30%),天津大茂化學(xué)試劑廠;10%NaOH, 0.1mol/LH2SO4:色譜純,天津康科德科技有限公司1.3 實驗方法

1.3.1 活性炭吸附實驗

    100mL水樣置于250mL 錐形瓶中,加入一定量清洗預(yù)處理之后干燥的活性炭,并置于磁力攪拌器上攪拌一段時間,南通去離子水設(shè)備最后瀝出活性炭,取其上清液,測定 COD值。

1.3.2 Fenton氧化實驗

    將活性炭吸附之后的水樣,取100mL水樣置于250mL燒杯中,用一定量的 H2SO4 NaOH 溶液調(diào)節(jié)廢 水 pH,邊攪拌邊加入一 定量的 FeSO4 ·7H2O 30% H2O2,在 常溫下攪拌一段間之后,用 NaOH 調(diào)節(jié)pH 值為8,然后加入一滴PAM,靜置,取其上清液,測定 COD值。

2 正交試驗結(jié)果與分析

    Fenton氧化反應(yīng)體系中,初始值 pH、摩爾比 M、FeSO4 ·7H2O 投 加 量、反應(yīng)時間等均對COD處理效果有影響。為了全面考察各影響因素,設(shè)計了4因素3水平的正交試驗表。具體正交試驗設(shè)計條件見表1。

    由正交試驗表1可得:Fenton氧化深度處理造紙廢水影響先后順序為:FeSO4 ·7H2O 投 加 量>摩爾比 M(=H2O2 Fe2+ )>pH > 反應(yīng)時間。

    同時,初步確定各因子最佳取值為:FeSO4 ·7H2O投加量 為 0.5g/L,摩 爾 比 M(= H2O2Fe2+ )1.51,初始pH 值為3,反應(yīng)時間30min。 3 活性炭+Fenton氧化法單因素實驗結(jié)果與分析

3.1 FeSO4 投加量對廢水 COD去除率的影響

    Fenton反應(yīng)體系中,FeSO4 起著催化作用,設(shè)計如下實驗探索 FeSO4 用量對 COD 的去除效果。試驗條件:在pH 3,摩爾比11,反應(yīng)時間30min,活性炭投加量 3g/L,依 次 調(diào) 節(jié) FeSO4·7H2O 投加量為 0.2g/L、0.3g/L0.4g/L、0.5g/L0.6g/L、0.7g/L、0.8g/L。按 照 Fenton氧化處理試驗步驟進(jìn)行實驗,數(shù)據(jù)記錄如圖1、圖2所示。

    由圖1可知,隨著 FeSO4 投加量的增加,脫墨漿廢水的 COD 均有所下降。在 Fenton反應(yīng)過程中,Fe2+ 作為催化產(chǎn)生 HO·必要條件是反應(yīng)中的催化劑,當(dāng) Fe2+ 的濃度較低時,HO·的生成產(chǎn)量和速度都隨之變小,因此去除率變得較低。在 Fenton反應(yīng)30min 時,FeSO4 投加量 為 0.5g/L、0.6g/L、0.8g/L COD降解率幾乎相同,且均達(dá)到了45%以上。

    如圖2所示,考察 Fenton氧化+活性炭共同處理水樣時,不同 FeSO4 投 加 量 對 COD 去除效果的影響。與圖1對比可以看出,當(dāng)加入活性炭時 COD的去除率明顯優(yōu)于 Fenton。當(dāng) FeSO4 投加量為0.5g/LFenton反應(yīng)30min,脫墨漿廢水的 COD 去除率最大,達(dá)到了45.6%;當(dāng)FeSO4 投加量為0.5g/L,Fenton+活性炭反應(yīng)30min,加入活性炭3g/L 時,脫墨漿廢水的 COD去除率最大,南通純水設(shè)備達(dá)到了55.1%。

3.2 活性炭投加量對 COD去除率的影響

    分別取100mL造紙廢水于5250mL錐形瓶中,活性炭 投 加 量 分 別 為7.0g/L、8.0g/L、9.0g/L、10.0g/L11.0g/L,用0.1mol/L H2SO4 調(diào)節(jié) pH=6,在25℃的常溫條 件下振蕩60min,靜置,測定上清液 COD值,結(jié)果如圖3所示。

    由圖3可知,在活性炭投加量=9.0g/L 時,廢水的 COD 值低,為 132.4mg/L,COD 去除率高 ,為16.4%,色度的去除率為46.7%。隨著活性炭投加量的增加,COD值在不斷降低,在9.0g/LCOD值低,去除率高。當(dāng)活性炭投加量>9.0g/L,COD值的變化不太明顯。這是因為活性炭對廢水中有機(jī)物的吸附主要發(fā)生在活性炭表面分布的活性位上,隨著活性炭的增加,向體系中提供的孔道容積、活性位的數(shù)量以及比表面積均有所增加,所以吸附廢水中有機(jī)物能力增強(qiáng)。但是隨著活性炭投加量的增加,孔道容積、活性位的數(shù)量以及比表面積都會增加,然而廢水中有機(jī)物的含量一定,導(dǎo)致活性炭的含量遠(yuǎn)超過有機(jī)物的含量,故活性炭的投加量對廢水的COD值的變化不是很明顯。因此結(jié)合經(jīng)濟(jì)性考慮,本次實驗選擇活性炭的投加量9.0g/L

3.3 吸附時間對 COD去除率的影響

    100mL造紙廢水于5個 燒 杯 中,用一定量H2SO4 調(diào)節(jié) pH=6,活性炭投加量為 9.0g/L,在25℃的常溫條件下分別振蕩40min、60min、80min、100min120min,靜置,測定上清液 COD 值。結(jié)果如圖4所示。

    由圖4可知,隨著吸附時間的增加,廢水的COD值不再降低,當(dāng)吸附時間為60min時,廢水的COD值低,為133.1mg/L,COD的去除率高,為16.2%,色度的去除率為46.7%。這是由于活性炭表面具有孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積,南通去離子水設(shè)備能夠有效地吸附廢水中的有機(jī)污染物。但當(dāng)活性炭吸附到一定時間時,孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積的吸附就會達(dá)到平衡,因此COD值不再降低,COD去除率將不再增加。因此,選取60min作為活性炭的最佳吸附時間。通過以上結(jié)論,活性炭吸附實驗的最佳條件是在pH=6.0,活性炭投加量為9.0g/L,吸附時間為60min時,廢水的COD值低,為131.9mg/L,COD的去除率高,為16.8%,色度的去除率為46.7%。

3.4 Fenton氧化實驗

3.4.1 廢水pH值對COD去除率的影響

    Fenton試劑通常只在酸性條件下發(fā)生作用,一般而言,Fenton反應(yīng)在pH26之間發(fā)生反應(yīng),pH35之間,羥基自由基生成速率最大,氧化效果最佳。分別取100mL廢水于4250mL燒杯中,南通純水設(shè)備再分別取100mL經(jīng)活性炭預(yù)處理后的廢水置于4個燒杯中,在FeSO4·7H2O的投加量為0.183g30%H2O2投加量為0.05mL,調(diào)節(jié)廢水的pH值分別為2.5、3.5、4.5、5.5,常溫下用磁力攪拌器攪拌30min,反應(yīng)結(jié)束后,用10%NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=8,然后加入一滴PAM,靜置,取上清液測COD,記未經(jīng)預(yù)處理的廢水的CODCOD1,經(jīng)活性炭預(yù)處理之后的廢水的CODCOD2,結(jié)果如圖5所示。

    由圖5可以看出:當(dāng)pH=3.5時,COD去除率高,COD1去除率為56.3%,COD2去除率為63.9%,由此可以得出經(jīng)過活性炭預(yù)處理之后COD的去除率比不經(jīng)過預(yù)處理的COD的去除率提高了7.6%。pH值過高或者過低都會使COD的去除率有所下降,根據(jù)Fenton試劑的反應(yīng)原理可知,pH過低,會抑制Fe2+的產(chǎn)生,而pH過高則會抑制羥基自由基·OH的產(chǎn)生,與此同時,溶液中的Fe2+Fe3+也會失去氧化作用。因此pH=3.5Fen-ton氧化處理造紙廢水的最適pH。

3.4.2 Fenton試劑的配比對COD去除率的影響

    分別取100mL廢水于4250mL燒杯中,再分別取100mL經(jīng)過活性炭預(yù)處理之后的廢水置于4250mL燒杯中,先調(diào)節(jié)廢水的pH=3.5,然后在30%H2O2投加量為0.05mLFeSO4·7H2O的投加量分別為0.09g、0.186g0.279g、0.373g時,使得FeSO4·7H2OH2O2質(zhì)量配比分別為11、2131、41,常溫下用磁力攪拌器攪拌30min,反應(yīng)結(jié)束后,用10%NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=8,南通去離子水設(shè)備然后加入一滴PAM,靜置,取上清液測COD,記未經(jīng)預(yù)處理的廢水的CODCOD1,經(jīng)活性炭預(yù)處理之后的廢水的CODCOD2,結(jié)果如下圖6所示。

    由圖6可知,當(dāng)m(FeSO4·7H2O)m(H2O2)=21時,COD的去除率高,COD1去除率為57.3%COD2去除率為66.4%,經(jīng)過活性炭預(yù)處理之后COD的去除率比不經(jīng)過預(yù)處理的COD的去除率提高了9.1%。由圖6可以看出,隨著Fenton試劑中FeSO4·7H2O的配比的增加,COD的去除率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,這是由于當(dāng)Fenton試劑中Fe2+的含量較低時,產(chǎn)生的羥基自由基含量也就較少,因此氧化作用就會降低。而當(dāng)Fenton試劑中Fe2+的含量過高時,多余的Fe2+會被H2O2氧化成Fe3+,從而消耗了H2O2含量,因此只有Fenton試劑的配比處于一定的范圍,即配比為21時,COD的去除效果好。因此本實驗選擇m(FeSO4·7H2O)m(H2O2)21

3.4.3 Fenton試劑投加量對COD去除率的影響

    分別取100mL廢水于4250mL燒杯中,再分別取100mL經(jīng)過活性炭預(yù)處理之后的廢水置于4250mL燒杯中,先調(diào)節(jié)廢水的pH=3.5,然后在Fenton試劑配比為21的情況下,改變Fenton試劑的投加量,南通純水設(shè)備常溫下用磁力攪拌器攪拌30min,反應(yīng)結(jié)束后,用10%NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=8,然后加入一滴PAM,靜置,取上清液測COD,記未經(jīng)預(yù)處理的廢水的CODCOD1,經(jīng)活性炭預(yù)處理之后的廢水的CODCOD2,結(jié)果如表2所示。

由表2可知,當(dāng)30%H2O2投加量為0.2mLFeSO4·7H2O投加量為0.805g時,COD1去除率為67.4%COD2去除率為73.7%。隨著Fenton試劑投加量的不斷增大,COD的去除率趨于平穩(wěn)甚至略有下降。這是由于當(dāng)Fenton試劑投加量達(dá)到合適值時,廢水中COD的濃度基本維持穩(wěn)定。如果再增加Fenton試劑的用量,會消耗羥基自由基·OH,從而影響COD的降解效果。同時,Fenton試劑具有絮凝的效果,當(dāng)加入絮凝劑以后,鐵泥的產(chǎn)生量會逐漸增大,會使得后續(xù)處理的成本升高,因此Fenton試劑的投加量不宜過高。本實驗所選取的Fenton試劑投加量為30%H2O20.2mLFeSO4·7H2O0.805g為最佳條件。

3.4.4反應(yīng)時間對COD去除率的影響

    分別取100mL廢水于4250mL燒杯中,再分別取100mL經(jīng)過活性炭預(yù)處理之后的廢水置于4250mL燒杯中,先調(diào)節(jié)廢水的pH=3.5,然后在30%H2O2投加量為0.2mL,FeSO4·7H2O投加量為0.805g時,常溫下用磁力攪拌器攪拌15min、30min45min、60min,反應(yīng)結(jié)束后,用10%NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=8,然后加入一滴PAM,靜置,取上清液測COD,記未經(jīng)預(yù)處理的廢水的CODCOD1,經(jīng)活性炭預(yù)處理之后的廢水的CODCOD2,結(jié)果如圖7所示。

    由圖7可知,反應(yīng)時間對COD也有一定的降解作用,隨著反應(yīng)時間的增加,COD去除率開始逐漸增加,當(dāng)反應(yīng)時間為30min時,COD的去除率高,COD1去除率為67.7%,COD2去除率為73.0%。再繼續(xù)延長時間,COD的去除率略有下降。故Fenton試劑的作用效果有一定的時間。因此綜合考慮下,南通去離子水設(shè)本實驗選取反應(yīng)時間為30min為最佳反應(yīng)時間。

通過比較可知,經(jīng)過活性炭預(yù)處理之后Fenton氧化的COD的去除率比單獨使用Fenton氧化處理的COD的去除率高6%,因此可以得出活性炭預(yù)處理對COD的降解起到了一定的效果。

    活性炭吸附實驗的最佳條件是在pH=6.0,活性炭投加量為9.0g/L,吸附時間為60min時,COD值為131.9mg/LCOD的去除率高,為16.8%,色度的去除率為46.7%。單獨使用Fenton氧化實驗的最佳條件是廢水的初始pH=3.5,FeSO4·7H2O投加量為0.805g30%H2O2投加量為0.2mL,m(FeSO4·7H2O)m(H2O2)=21,反應(yīng)時間為30min,COD值為51.4mg/L,COD的去除率高,為67.5%。經(jīng)過活性炭預(yù)處理之后,再進(jìn)行Fenton氧化實驗的最佳條件是廢水的初始pH=3.5,FeSO4·7H2O投加量為0.805g30%H2O2投加量為0.2mL,m(FeSO4·7H2O)m(H2O2)=21,反應(yīng)時間為30min,COD值為42.1mg/L,COD的去除率高,為73.4%

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