PROBAN阻燃布的生產(chǎn)常利用四羥甲基氯化磷(THPC)進行處理,其工藝過程一般是浸軋—烘干—氨熏—氧化—水洗,該工藝產(chǎn)生含磷廢水.一般含磷廢水除磷的方法有生化法、物理法、化學(xué)法或電化學(xué)法,例如厭氧或好氧活性污泥法、臭氧氧化、Fenton氧化、黏土吸附、反滲透工藝、混凝沉淀、微電解等.本文研究了鐵碳微電解聯(lián)用Fenton氧化去除含THPC的阻燃布生產(chǎn)廢水,著重研究了鐵碳微電解處理該類廢水的影響因素,并對各影響因素進行了顯著性分析.
1、試驗方法
鐵碳微電解法是基于鐵的電化學(xué)腐蝕原理,將鐵屑、炭粒浸泡在電解質(zhì)溶液中形成無數(shù)微小的腐蝕原電池來處理廢水,一般認(rèn)為其具有絮凝、吸附、卷掃、共沉、電化學(xué)還原等多種作用.鐵屑在電解質(zhì)溶液中作為陽極被腐蝕,而炭粒作為陰極,反應(yīng)體系中產(chǎn)生大量有較強活性的Fe2+、H•,可使廢水中有機物的結(jié)構(gòu)和特性發(fā)生變化,因此對有機物具有斷鏈、開環(huán)等作用.Fenton氧化是一種高級氧化方法,在酸性條件下,H2O2在Fe2+的催化作用下產(chǎn)生具有強氧化性的羥基自由基(•OH),F(xiàn)e2+ >
2、原料的預(yù)處理
廢鐵屑先在熱的肥皂水中浸泡去除表面油污,洗凈后在5%稀鹽酸中浸泡30min以去除表面氧化層,洗凈備用.
活性炭采用市售椰殼活性炭,粒度約2~3mm.預(yù)先在需處理廢水中浸泡1d,使其吸附飽和,再洗凈備用,以降低活性炭吸附對鐵碳微電解反應(yīng)的影響.
廢水的預(yù)處理根據(jù)試驗需要添加5%的稀硫酸調(diào)節(jié)pH值,用phs-3C型酸度計測定,原水的pH=6.
3、單因素分析
綜合文獻所述鐵碳微電解的影響因素分析,選擇鐵碳質(zhì)量比、反應(yīng)時間、曝氣量、原水pH值作為變量,繪制出各變量的單因素影響曲線以確定本次試驗的最佳條件.鐵碳投加量固定按所處理廢水量體積的5%進行投加.Fenton法處理經(jīng)鐵碳微電解處理后廢水上清液時,H2O2添加量為0.4%,即每升廢水中加入約13L體積分?jǐn)?shù)為30%的H2O2.
3.1 不同鐵碳質(zhì)量比的除磷效果
調(diào)節(jié)pH=4,反應(yīng)時間為60min,曝氣量1.5L∙min-1,鐵屑和活性炭在反應(yīng)體系中形成鐵-炭原電池,達到去除廢水中污染因子的效果.取鐵炭質(zhì)量比5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1,試驗結(jié)果見圖1.
從圖1可以看出,當(dāng)鐵碳質(zhì)量比增大時,廢水中總磷的去除率呈現(xiàn)不斷增大趨勢,分析考慮,原因為鐵的增多使體系中產(chǎn)生了更多的原電池,處理能力逐步加強.但是當(dāng)鐵碳比大于10∶1時,處理效率的提升是很緩慢的,從廢水處理的經(jīng)濟性考慮,選取適當(dāng)?shù)蔫F碳質(zhì)量比為10∶1.
3.2 不同曝氣量的除磷效果
固定pH=4,鐵碳質(zhì)量比為10∶1,反應(yīng)時間為60min,不同曝氣量0.5、1、1.5、2、3L∙min-1,試驗結(jié)果如圖2.
從圖2可以看出,曝氣量增加能夠提高磷的去除率,但是曝氣量達到1L∙min-1時,處理效果提升變得緩慢,繼續(xù)增大曝氣量時,處理效果反而有下降的趨勢,考慮是過量曝氣導(dǎo)致Fenton反應(yīng)不能順利進行,影響了處理效果.綜合考慮選擇最佳曝氣量為1.5L∙min-1.
3.3 不同反應(yīng)時間的除磷效果
固定pH=4,鐵碳質(zhì)量比10∶1,曝氣量1.5L∙min-1,在不同反應(yīng)時間30、45、60、75、90min下的試驗結(jié)果如圖3.
從圖3可以看出,當(dāng)反應(yīng)時間越長,廢水中總磷的去除率越高.分析考慮是隨著反應(yīng)時間的延長,鐵碳微電解反應(yīng)越完全,并且在此過程中更多的Fe(0)轉(zhuǎn)化為Fe2+,而Fe2+正是后續(xù)Fenton反應(yīng)所必需.反應(yīng)60min后,處理效率提升緩慢,因此取最佳反應(yīng)時間為60min.
3.4 不同廢水pH值時的除磷效果
固定鐵碳質(zhì)量比10∶1,反應(yīng)時間60min,曝氣量1.5L∙min-1,考慮到后續(xù)Fenton法在中性或堿性條件下Fe2+不能激發(fā)H2O2產(chǎn)生羥基自由基∙OH,只能在酸性條件下發(fā)生作用,廢水的pH值根據(jù)原水情況進行加酸調(diào)整pH=2、3、4、5、6,結(jié)果見圖4.
從圖4可以看出,在pH值為3~4時,處理效果最好,考慮是由于廢水越接近中性,后續(xù)Fenton反應(yīng)處理效果越差導(dǎo)致最終去除率降低,因此調(diào)節(jié)廢水pH=4為最佳.
4、正交試驗分析
通過單因素試驗確定了各變量的適合條件,為確定在沒有加入H2O2時,各因素對處理廢水除磷的影響主次順序,選擇了四因素三水平的正交試驗,表1為因素水平,表2為試驗結(jié)果.
從表2可以看出,極差大小順序依次為RpH>Rt>Rr>RQ,說明在鐵碳微電解處理廢水時,廢水pH對去除效果的影響最大,其次是反應(yīng)時間的影響,而曝氣量對去除磷的作用影響最小.由于曝氣量Q各水平間極差最小,將該列取為誤差列,對正交試驗結(jié)果進行方差分析,結(jié)果見表3.
查F-分布臨界值表,F(xiàn)0.01(2,2)=99.01<因素pH的F比值,因此pH值的改變對結(jié)果存在極顯著的影響;F0(.12,2)=9.00<反應(yīng)時間的F比值,因此反應(yīng)時間的改變對結(jié)果存在顯著的影響;而鐵碳質(zhì)量比和曝氣量則對結(jié)果影響無顯著差異.
5、結(jié)論與討論
1)鐵碳微電解和Fenton氧化聯(lián)用對阻燃布廢水除磷效果比較理想,磷去除率能達到90%以上.
2)僅利用鐵碳微電解法處理廢水時,廢水的pH值和反應(yīng)時間應(yīng)該是著重考慮的因素.
3)試驗中固定了鐵碳投加量和H2O2的投加量,無法確定這兩個因素對反應(yīng)結(jié)果的影響,這是下一步需要嘗試的方向.( >
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