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[摘要] 本文介绍了铁屑和粉煤灰微电解法处理二硝基重氮酚生产废水的原理,并检测了其处理废水后的效果,结果表明,经处理后的废水化学耗氧量CODcr和色度明显降低。并将不同配比的铁屑微电解法(铁屑-粉煤灰电解法和铁屑-粉煤灰-焦碳)的处理结果进行了比较。
[关键词] 微电解 铁屑 粉煤灰 焦炭 二硝基重氮酚废水
1.引言
二硝基重氮酚(Diazodinitrophenol ,简称DDNP)是一种优良的起爆药,是我国火工厂的传统产品。其生产过程中排出的废水量大,含有重氮基、硝基等生物难降解化合物,成分复杂,色度高,毒性大。废水处理成本高,厂家难以承受[1-2],铁屑-粉煤灰微电解法是近几年水处理研究的热点之一[3],其具有操作简单,运行费用低的特点。本试验采用在废水中加入铁屑和粉煤灰,由此组成腐蚀电池。。
阳极 Fe → Fe2++2e
阴极 2H++2e → H2↑
O2+2H2O+4e → 4OH-
在酸性条件下,生成的新生态Fe2+及进一步氧化生成的Fe3+和它们的水和物具有较强的吸附-絮凝活性,新生态H+、Fe2+等能与废水中许多组成发生氧化还原反应,从而破坏重氮基团[3-6]。
粉煤灰处理废水的主要机理是吸附,粉煤灰具有多孔结构,比表面积较大,表面能高,且表面存在着许多铝、硅等,具有较强的吸附能力。吸附包括物理吸附和化学吸附。物理吸附:粉煤灰在较高温度下浸提后,表面更加粗糙,比表面显著增加,表面价键的不饱和性及所存在的大量含氧基团,对有机物有较强的吸附能力。化学吸附:主要是由于其表面具有大量的Si-O-Si键、Al-O-Al键与具有一定极性的有害分子产生偶极-偶极键的吸附,或是阴离子与粉煤灰中次生的带正电荷的硅酸铝、硅酸钙、硅酸铁之间形成离子交换或离子对的吸附。另外,粉煤灰还有一定的絮凝沉淀和过滤作用。从而有效的降低废水的色度和CODcr [3、7]。本文研究铁与粉煤灰不同配比、废水pH、反应时间及反应温度等因素,对DDNP废水色度和CODcr去除率的影响;并将不同配比的铁屑微电解法(铁屑-粉煤灰电解法和铁屑-粉煤灰-焦碳)的结果进行了比较。
采用正交试验设计,优选最佳工艺条件,为实现二硝基重氮酚废水的进一步生化处理提供条件。
2.试验部分
2.1 试验原料及组成
试验废水取自淮南矿业集团化工公司雷管分厂DDNP生产车间,粉煤灰取自淮南平圩电厂,铁屑取自安徽理工大学实习工厂。
2.2水质分析方法及标准
CODCr: 重铬酸盐法 GB11914-89
色度:稀释倍数法 GB11903-89
pH值: PHS-3CA酸度计
2.3试验方法及结果讨论
铁屑预处理:火烧去油,然后用稀盐酸浸泡去除表面氧化物,再用清水反复冲洗备用。
粉煤灰:95℃活化2小时,以脱除粉煤灰中的结合水分,提高处理效果。
称取一定质量比的铁屑与粉煤灰,和配制好的pH值一定的废水装入500mL烧瓶中,放在控制一定温度的水浴锅中,用小型空气泵曝气,反应一定时间后抽滤,取滤液测定色度和CODCr.。
2.3.1正交试验结果
采用四因素三水平正交试验,考察铁﹕粉煤灰不同质量比、废水pH、反应时间以及反应温度的变化对处理结果的影响,以得出处理DDNP废水的理想工艺条件。因素水平表见表1
表1 正交试验因素水平表
因素 水 平
1 2 3
A废水pH值 2 3 1
B 反应时间/min 30 60 120
C 铁:粉煤灰(质量比) 5﹕9 5﹕7 1﹕1
D 反应温度/℃ 室温 30 50
按照此正交试验方案做试验所得的最好配比、工艺条件及结果为:
当铁屑与粉煤灰之比为1﹕1,废水pH=1,在室温下反应60分钟,色度去除率最大,达到84.4%;
当铁屑与粉煤灰之比为5﹕7,废水pH=3,在室温下反应120分钟,CODCr去除率最大,达到52.3%;
2.3.2两种方法处理DDNP废水的比较
配制二份1000ml PH=3的废水,在室温下,分别用铁屑—粉煤灰、铁屑—粉煤灰—焦碳处理,每隔一段时间取样,抽滤后分析色度与CODCr,再进行比较。
(一)色度降低率
表2色度降低率结果比较
反应时间/h 2 4 8 12 48 120
色度降低率/% 1* 22 22 50 84 88 99
2* 3 38 50 59 75 99
注:1* 表示铁屑与粉煤灰之比为5 :7;
2* 表示铁屑 :粉煤灰 :焦碳之比为 5 :7 :1
由表2可看出,在采用铁与粉煤灰的投料比相同的情况下,由于系列2*中的焦碳的存在2小时之内色度降低的很慢,但随着时间的延长其降低率幅度开始逐渐的加大,而系列1*开始时趋势很明显后来开始平缓,在达到120h后,色度降低率都达到了99%。反应时间越长,色度降低率越大。
虽然系列1和系列2趋势相同,但是系列2的变化时急时缓,工艺操作应选系列1,因其趋势相对很有规律。即铁屑和粉煤灰的效果更佳。
(二)CODCr降低率:
表 3CODCr降低率结果比较
反应时间/h 2 4 8 12 48
CODCr降低率/% 1* 56.3 59.2 66.5 73.0 87.6
2* 58.0 60.0 63.2 64.6 83.4
注:1* 表示铁屑与粉煤灰之比为5 :7;
2* 表示铁屑 :粉煤灰 :焦碳之比为 5 :7 :1
由表3可以看出:时间越长, CODCr降低越多,系列1的处理结果略好于系列2。
3.结论
3.1当铁屑-粉煤灰之比为1﹕1,废水pH=1,在室温下反应60分钟,色度去除率可達到84.4%;
当铁屑与粉煤灰之比为5﹕7,废水pH=3,在室温下反应120分钟,CODCr去除率可达到52.3%;
3.2时间越长,色度与CODCr的降低率越大,处理的效果越好;
3.3铁屑-粉煤灰处理该废水的工艺过程优于铁屑-粉煤灰-焦碳;
3.4 试验所用原料铁屑和粉煤灰均为工厂废弃物,基本上是以废治废,且工艺设备简单,操作管理方便,成本低,是一种有推广价值的DDNP废水处理方法。
参考文献:
[1] 劳允亮. 起爆药化学与工业学[M]. 北京:理工大学出版社,1997,267～292.
[2] 陈寿兵,王玉丰,张学才。Fenton试剂处理二硝基重氮酚工业废水的研究[J].安徽理工大学学报,2003,23(1):50～53.
[3] 李亚峰,杨辉,赵红.粉煤灰处理废水的理论与实践[J].工业用水于废水,1999,30(3):1～3.
[4] 伍文波,林洁,韩统昌.利用废铁屑和粉煤灰的电化学原理处理印染废水的方法研究[J].中国环境监测,2003,19(1):47～49.
[5] 朱洪涛,张振声,许佩瑶. 粉煤灰铁屑组合处理印染废水的研究[J].环境科学与技术,2002,25(4):8～9.
[6] 吴海锁,朱光灿. 微电解工艺在染料废水治理中的应用[J].环境导报,1999,(2):18～20.
[7] 李磊,赵玉民.粉煤灰混凝剂预处理印染废水的试验研究[J].粉煤灰综合利用,2003,(5):30～31.
[关键词] 微电解 铁屑 粉煤灰 焦炭 二硝基重氮酚废水
1.引言
二硝基重氮酚(Diazodinitrophenol ,简称DDNP)是一种优良的起爆药,是我国火工厂的传统产品。其生产过程中排出的废水量大,含有重氮基、硝基等生物难降解化合物,成分复杂,色度高,毒性大。废水处理成本高,厂家难以承受[1-2],铁屑-粉煤灰微电解法是近几年水处理研究的热点之一[3],其具有操作简单,运行费用低的特点。本试验采用在废水中加入铁屑和粉煤灰,由此组成腐蚀电池。。
阳极 Fe → Fe2++2e
阴极 2H++2e → H2↑
O2+2H2O+4e → 4OH-
在酸性条件下,生成的新生态Fe2+及进一步氧化生成的Fe3+和它们的水和物具有较强的吸附-絮凝活性,新生态H+、Fe2+等能与废水中许多组成发生氧化还原反应,从而破坏重氮基团[3-6]。
粉煤灰处理废水的主要机理是吸附,粉煤灰具有多孔结构,比表面积较大,表面能高,且表面存在着许多铝、硅等,具有较强的吸附能力。吸附包括物理吸附和化学吸附。物理吸附:粉煤灰在较高温度下浸提后,表面更加粗糙,比表面显著增加,表面价键的不饱和性及所存在的大量含氧基团,对有机物有较强的吸附能力。化学吸附:主要是由于其表面具有大量的Si-O-Si键、Al-O-Al键与具有一定极性的有害分子产生偶极-偶极键的吸附,或是阴离子与粉煤灰中次生的带正电荷的硅酸铝、硅酸钙、硅酸铁之间形成离子交换或离子对的吸附。另外,粉煤灰还有一定的絮凝沉淀和过滤作用。从而有效的降低废水的色度和CODcr [3、7]。本文研究铁与粉煤灰不同配比、废水pH、反应时间及反应温度等因素,对DDNP废水色度和CODcr去除率的影响;并将不同配比的铁屑微电解法(铁屑-粉煤灰电解法和铁屑-粉煤灰-焦碳)的结果进行了比较。
采用正交试验设计,优选最佳工艺条件,为实现二硝基重氮酚废水的进一步生化处理提供条件。
2.试验部分
2.1 试验原料及组成
试验废水取自淮南矿业集团化工公司雷管分厂DDNP生产车间,粉煤灰取自淮南平圩电厂,铁屑取自安徽理工大学实习工厂。
2.2水质分析方法及标准
CODCr: 重铬酸盐法 GB11914-89
色度:稀释倍数法 GB11903-89
pH值: PHS-3CA酸度计
2.3试验方法及结果讨论
铁屑预处理:火烧去油,然后用稀盐酸浸泡去除表面氧化物,再用清水反复冲洗备用。
粉煤灰:95℃活化2小时,以脱除粉煤灰中的结合水分,提高处理效果。
称取一定质量比的铁屑与粉煤灰,和配制好的pH值一定的废水装入500mL烧瓶中,放在控制一定温度的水浴锅中,用小型空气泵曝气,反应一定时间后抽滤,取滤液测定色度和CODCr.。
2.3.1正交试验结果
采用四因素三水平正交试验,考察铁﹕粉煤灰不同质量比、废水pH、反应时间以及反应温度的变化对处理结果的影响,以得出处理DDNP废水的理想工艺条件。因素水平表见表1
表1 正交试验因素水平表
因素 水 平
1 2 3
A废水pH值 2 3 1
B 反应时间/min 30 60 120
C 铁:粉煤灰(质量比) 5﹕9 5﹕7 1﹕1
D 反应温度/℃ 室温 30 50
按照此正交试验方案做试验所得的最好配比、工艺条件及结果为:
当铁屑与粉煤灰之比为1﹕1,废水pH=1,在室温下反应60分钟,色度去除率最大,达到84.4%;
当铁屑与粉煤灰之比为5﹕7,废水pH=3,在室温下反应120分钟,CODCr去除率最大,达到52.3%;
2.3.2两种方法处理DDNP废水的比较
配制二份1000ml PH=3的废水,在室温下,分别用铁屑—粉煤灰、铁屑—粉煤灰—焦碳处理,每隔一段时间取样,抽滤后分析色度与CODCr,再进行比较。
(一)色度降低率
表2色度降低率结果比较
反应时间/h 2 4 8 12 48 120
色度降低率/% 1* 22 22 50 84 88 99
2* 3 38 50 59 75 99
注:1* 表示铁屑与粉煤灰之比为5 :7;
2* 表示铁屑 :粉煤灰 :焦碳之比为 5 :7 :1
由表2可看出,在采用铁与粉煤灰的投料比相同的情况下,由于系列2*中的焦碳的存在2小时之内色度降低的很慢,但随着时间的延长其降低率幅度开始逐渐的加大,而系列1*开始时趋势很明显后来开始平缓,在达到120h后,色度降低率都达到了99%。反应时间越长,色度降低率越大。
虽然系列1和系列2趋势相同,但是系列2的变化时急时缓,工艺操作应选系列1,因其趋势相对很有规律。即铁屑和粉煤灰的效果更佳。
(二)CODCr降低率:
表 3CODCr降低率结果比较
反应时间/h 2 4 8 12 48
CODCr降低率/% 1* 56.3 59.2 66.5 73.0 87.6
2* 58.0 60.0 63.2 64.6 83.4
注:1* 表示铁屑与粉煤灰之比为5 :7;
2* 表示铁屑 :粉煤灰 :焦碳之比为 5 :7 :1
由表3可以看出:时间越长, CODCr降低越多,系列1的处理结果略好于系列2。
3.结论
3.1当铁屑-粉煤灰之比为1﹕1,废水pH=1,在室温下反应60分钟,色度去除率可達到84.4%;
当铁屑与粉煤灰之比为5﹕7,废水pH=3,在室温下反应120分钟,CODCr去除率可达到52.3%;
3.2时间越长,色度与CODCr的降低率越大,处理的效果越好;
3.3铁屑-粉煤灰处理该废水的工艺过程优于铁屑-粉煤灰-焦碳;
3.4 试验所用原料铁屑和粉煤灰均为工厂废弃物,基本上是以废治废,且工艺设备简单,操作管理方便,成本低,是一种有推广价值的DDNP废水处理方法。
参考文献:
[1] 劳允亮. 起爆药化学与工业学[M]. 北京:理工大学出版社,1997,267～292.
[2] 陈寿兵,王玉丰,张学才。Fenton试剂处理二硝基重氮酚工业废水的研究[J].安徽理工大学学报,2003,23(1):50～53.
[3] 李亚峰,杨辉,赵红.粉煤灰处理废水的理论与实践[J].工业用水于废水,1999,30(3):1～3.
[4] 伍文波,林洁,韩统昌.利用废铁屑和粉煤灰的电化学原理处理印染废水的方法研究[J].中国环境监测,2003,19(1):47～49.
[5] 朱洪涛,张振声,许佩瑶. 粉煤灰铁屑组合处理印染废水的研究[J].环境科学与技术,2002,25(4):8～9.
[6] 吴海锁,朱光灿. 微电解工艺在染料废水治理中的应用[J].环境导报,1999,(2):18～20.
[7] 李磊,赵玉民.粉煤灰混凝剂预处理印染废水的试验研究[J].粉煤灰综合利用,2003,(5):30～31.