（环境工程专业论文）酸析混凝海绵铁fenton联合氧化法处理切削废水的实验研究.pdf

勰 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人同意厦门大学根据中华人民共和国学位条例暂行实施办 法等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交 学位论文( 包括纸质版和电子版) ，允许学位论文进入厦门大学图书 馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国 博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和 摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于： () 1 经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 () 2 不保密，适用上述授权。 ( 请在以上相应括号内打“”或填上相应内容。保密学位论文 应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密 委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认 为公开学位论文，均适用上述授权。) 声明人( 签名) ：吴文矽 侈年，月f 7 日 摘要 摘要 切削液因其具有冷却、润滑、清洗、防锈的功能而广泛运用于机械加工行业， 但在其使用一段时间后不免会变质失效，由此产生大量切削废水。该废水属于含 油乳化废水，具有成分复杂、浓度高、难降解的特点，因此采用单一工艺处理往 往费用高，且难以达到排放标准。本课题采用酸析混凝一海绵铁f e n t o n 联合氧化 法处理切削废水，以c o d 和浑浊度为污染指标，研究了该组合工艺的处理效果 及各主要因素的影响，同时对各工艺机理进行了分析。经过实验研究，初步得到 以下结论： ( 1 ) 酸析法能起到一定的破乳作用。硫酸的酸析效果较盐酸好，而且用量 少；高酸度条件比较有利于酸析的进行，但考虑到高酸度也意味着更多的投酸量， 且对设备要求高，因此选择硫酸调节p h 值至2 5 为宜，此时酸析( 包括过滤) 的c o d 及浑浊度去除率分别可达到4 8 4 3 、9 4 1 。 ( 2 ) 酸析后直接加碱中和会使析出的部分浮油又重新乳化，因此有必要在 中和前先过滤浮油和沉渣。 ( 3 ) 酸析一混凝法能有效去除切削废水中的油类、悬浮物等，出水澄清，无 恶臭味，而且与直接混凝相比，成本低，污泥产量低，同时可为后续微电解处理 提供酸性条件。p a f c 的混凝性能较其他常规混凝剂好，在它的投加量为5 0 0 m g l 、p h 值为3 5 的条件下，酸析混凝可去除6 9 2 3 c o d s f l 9 8 3 3 浑浊度。 ( 4 ) 单独海绵铁微电解法对酸析混凝出水的处理效果较差，但在微电解过 程中加入h 2 0 2 因促发f e n t o n 氧化可使处理效果大幅度提高。在海绵铁投加量为 3 0 0g l 、转速为1 0 0r m i n 、反应总时间6 0m i n 、h 2 0 2 投加量为5 0m l l 1 且在 微电解反应开始2 0m i n 时投加的条件下，海绵铁f e n t o n 联合氧化能使总c o d 去除率进一步提高1 9 4 8 。 ( 5 ) 采用酸析混凝一海绵铁f e n t o n 联合氧化法处理切削废水，效果较好， 投资和运行费用都较低，操作简单，实际应用性强。 在以上实验研究的基础上，初步设计了切削废水处理装置的工艺流程图，并 对实际运行提出了一定的设想，这对切削废水处理有着实际的应用意义。 关键词：切削废水，酸析，中和，混凝，海绵铁微电解，f e n t o n 氧化 a b s t r a c t c u t t i n gf l u i di sw i d e l yu s e di nt h em e c h a n i c a lp r o c e s s i n gb e c a u s eo fi t sc o o l i n g ， l u b r i c a t i o n ，c l e a n i n ga n dr u s t p r o o ff u n c t i o n t h eu s ef o rap e r i o do ft i m ei n e v i t a b l v r e s u l t si nc u t t i n gf l u i d d e g e n e r a t i o na n df a i l u r e s oal a r g en u m b e ro f c u t t i n gf l u i d w a s t e w a t e ri sp r o d u c e d i ti sac l a s so f e m u l s i f y i n gw a s t e w a t e rw i t ho i l ，w h i c hh a sa f e wc h a r a c t e r i s t i e ss u c ha s c o m p l i c a t e dc o m p o n e n t ，h i g hc o n c e n t r a t i o n ，h a r d d e g r a d a t i o n t h e r e f o r et h et r e a t m e n to fc u t t i n gf l u i dw a s t e w a t e ro f t e nc o s t st o om u c h w i t has e p a r a t ep r o c e s s ，a n di ti sd i f f i c u l tt om e e tt h er e q u i r e m e n to fn a t i o n a l d i s c h a r g es t a n d a r d i nt h i sp a p e r , ac o m b i n e dp r o c e s so fa c i d i f i c a t i o n ，c o a g u l a t i o n s y n e r g i s t i co x i d a t i o no fs p o n g ei r o na n df e n t o ni su s e dt ot r e a tc u t t i n gf l u i d w a s t e w a t e r t h et r e a t m e n te f f e c t ，m a j o rf a c t o r s ，m e c h a n i s mo ft h ep r o c e s sa r es t u d i e d w i t ht a k i n gc o da n dt u r b i d i t ya sp o l l u t i o ni n d i c a t o r s t h r o u g he x p e r i m e n t a lr e s e a r c h ， t h ep r e l i m i n a r yc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ea c i d i f i c a t i o np r o c e s sc a nb r e a ke m u l s i o n s u l f u r i ca c i dh a sab e t t e r a c i d i f i c a t i o ne f f e c tt h a nh y d r o c h l o r i ca c i dw i t hal o w e rd o s a g e t h eh i g ha c i d i t yi s b e n e f i c i a lt oa c i d i f i c a t i o n ，b u ta tt h es a m et i m ei tm e a n sm o r ea c i da n d h i g h e r r e q u i r e m e n to fe q u i p m e n t s ot h ep hv a l u es h o u l da d j u s tt o2 5w i t hs u l f u r i ca c i d ，a n d t h er e m o v a lr a t eo fc o da n dt u r b i d i t ya r er e s p e c t i v e l y4 8 4 3 a n d9 4 1 o nt h i s c o n d i t i o n ( 2 ) i m m e d i a t en e u t r a l i z a t i o nw i l le m u l s i f yap a r to ff l o a t i n go i la f t e ra c i d i f i c a t i o n s oi ti sn e c e s s a r yt of i l t e rt h eo i la n df l o c c u l a t eb e f o r etn e u t r a l i z a t i o n ( 3 ) t h ea c i d i f i c a t i o na n dc o a g u l a t i o np r o c e s sc a ne f f e c t i v e l yr e m o v et h eo i l ， s u s p e n d e ds o l i d sa n ds oo n ，w h i c hm a k e st h ec u t t i n gf l u i dw a s t e w a t e rc l e a ra n d s m e l l l e s s w h a t st h em o r e ，t h i sc o m b i n e dm e t h o dp o s s e s s e sl o w e rc o s ta n dl e s s s l u d g et h a nt h es e p a r a t ec o a g u l a t i o n , a n di tc a np r o v i d eaf a v o r a b l ec o n d i t i o nf o rt h e o x i d a t i o nt r e a t m e n t t h ec o a g u l a t i o np e r f o r m a n c eo fp a f ci sb e t t e rt h a no t h e r c o n v e n t i o n a lc o a g u l a n t s w h e ni t s d o s a g ei s5 0 0m g l ，t h ep hv a l u ei s3 5 ，t h e c o m b i n e dp r o c e s so fa c i d i f i c a t i o na n dc o a g u l a t i o nc a nr e m o v e6 9 2 3 o fc o d a n d 9 8 3 3 o f t u r b i d i t y ( 4 ) t h es e p a r a t em i c r o - e l e c t r o l y s i sw i t hs p o n g ei r o nt r e a t st h ee f f l u e n t sp o o r l y a f t e ra c i d i f i c a t i o na n dc o a g u l a t i o np r o c e s s b u th 2 0 2w h i c h t r i g g e r sf e n t o no x i d a t i o n i i a b s 订a c t c a nh e l pt h em i c r o e l e c t r o l y s i sg r e a t l yi m p r o v et h et r e a t m e n te f f e c t 19 4 8 o ft o t a l c o dr e m o v a lr a t ec a nb ef u r t h e ri n c r e a s e db ys y n e r g i s t i co x i d a t i o no fs p o n g ei r o n a n df e n t o nu n d e rt h eo p t i m a lc o n d i t i o na sf o l l o w i n g ：a d d i n gs p o n g ei r o n3 0 0g l 一； s t i r r i n gs p e e d1 0 0r m i n 。1 ：r e a c t i o nt i m e6 0m i n ；a d d i n gh 2 0 25 0m l l 。1 w h e n m i c r o e l e c t r o l y s i sh a sr e a c t e df o r2 0m i n u t e s ( 5 ) t h ec o m b i n e dp r o c e s so fa c i d i f i c a t i o n ，c o a g u l a t i o n ，s y n e r g i s t i co x i d a t i o no f s p o n g ei r o na n df e n t o nh a sag o o de f f e c to nc u t t i n gf l u i dw a s t e w a t e r , w h i c h h a ss o m e o t h e ra d v a n t a g e ss u c ha sl o wc o s t so fi n v e s t m e n ta n do p e r a t i n g ，s i m p l eo p e r a t i o n ， w i d e l yp r a c t i c a la p p l i c a t i o n b a s e do nt h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c h ，t h ep r o c e s sd e s i g nh a sb e e n p r e l i m i n a r i l ys u g g e s t e df o rt h ec u t t i n gf l u i dw a s t e w a t e r a n ds o m ea s s u m p t i o n so f p r a c t i c a lo p e r a t i o nh a sb e e nf i n i s h e d ，w h i c hh a sp r a c t i c a la p p l i e dm e a n i n gt ot h e t r e a t m e n to ft h ec u t t i n gf l u i dw a s t e w a t e r k e yw o r d s ：c u t t i n gf l u i dw a s t e w a t e r ；a c i d i f i c a t i o n ；n e u t r a l i z a t i o n ；c o a g u l a t i o n ； m i c r o - e l e c t r o l y s i sw i t hs p o n g ei r o n ；f e n t o no x i d a t i o n i i i 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 切削液概述1 1 2 切削废水的产生、特点及危害2 1 2 1 切削废水的产生2 1 2 2 切削废水的特点3 1 2 3 切削废水的危害3 1 3 切削废水处理方法研究现状。5 1 3 1 物理法5 1 3 2 物理化学法8 1 3 3 化学法1 0 1 3 4 生物法18 1 3 5 组合法1 9 1 4 研究意义、依据及内容2 0 1 4 1 研究意义2 0 1 4 2 研究依据2 0 1 4 3 研究内容2 1 1 5 技术路线2 l 第二章实验材料与方法2 3 2 1 实验材料与仪器2 3 2 1 1 主要实验仪器2 3 2 1 2 主要实验试剂2 3 2 2 废水水质2 4 2 3 测定指标与方法2 5 目录 2 3 1c o d 的测定2 5 2 3 2 浑浊度的测定2 5 2 3 3p h 值的测定2 5 2 4 实验方法2 6 2 4 1 酸析实验2 6 2 4 2 中和实验2 6 2 4 - 3 酸析一混凝实验2 6 2 4 4 直接混凝实验2 7 2 4 5 海绵铁微电解实验2 8 2 4 6 海绵铁f e n t o n 联合氧化实验2 9 第三章结果与讨论3 0 3 1 酸析实验结果。3 0 3 1 1p h 值与h 2 s 0 4 及h c l 投加量的关系3 0 3 1 2p h 值对c o d 去除率的影响3 1 3 1 3p h 值对浑浊度去除率的影响3 2 3 2 中和实验结果。3 4 3 3 酸析混凝实验结果3 5 3 3 1 混凝剂种类对酸析混凝反应的影响3 6 3 3 2 投加量对酸析一混凝反应的影响3 7 3 3 3p h 值对酸析混凝反应的影响4 0 3 4 直接混凝实验结果4 3 3 4 1 混凝剂种类对直接混凝反应的影响4 3 3 4 2 投加量对直接混凝反应的影响4 4 3 4 3p h 值对直接混凝反应的影响4 6 3 5 酸析混凝与直接混凝的处理效果及经济评价分析4 8 3 6 海绵铁微电解结果4 9 3 6 1 海绵铁投加量对微电解反应的影响4 9 3 6 2p h 值对微电解反应的影响5 0 3 6 - 3 反应时间对微电解反应的影响5 1 目录 3 6 4 搅拌速度对微电解反应的影响5 2 3 7 海绵铣f e n t o n 联合氧化实验5 2 3 7 1p h 值对海绵铁f e n t o n 联合氧化的影响5 3 3 7 2h 2 0 2 投加时间对海绵铁f e n t o n 联合氧化的影响5 3 3 7 3h 2 0 2 投加量对海绵铁f e n t o n 联合氧化的影响5 4 3 8 各工艺及最终出水的处理效果5 6 3 8 1 各工艺处理效果比较5 6 3 8 2 最终出水的处理效果5 6 第四章机理讨论5 8 4 1 酸析机理5 8 4 2 混凝机理5 9 4 3 海绵铁微电解及f e n t o n 氧化机理。6 0 4 3 1 海绵铁微电解机理6 0 4 _ 3 2f e n t o n 氧化机理6 l 4 3 3 海绵铁f e n t o n 联合氧化机理6 3 第五章切削废水处理工艺流程设计6 4 5 1 工艺流程设计。6 4 5 2 工艺流程说明6 5 第六章结论与建议6 6 6 1 结论6 6 6 2 建议6 7 参考文献6 8 攻读硕士学位期间发表的论文7 6 致谢。7 7 1 1 1 c o n t e n t s c o n t e n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e i a b s t r a c ti ne n g l i s h i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 】【 1 1o v e r v i e wo fc u t t i n gf l u i d 1 1 2s o u r c e ，c h a r a c t e r i s t i c sa n dh a r mo fc u t t i n gf l u i dw a s t e w a t e r 2 1 2 1s o u r c eo f c u t t i n gf l u i dw a s t e w a t e r 2 1 2 2c h a r a c t e r i s t i c so f c u t t i n gf l u i dw a s t e w a t e r 3 1 2 3h a r mo f c u t t i n gf l u i dw a s t e w a t e r 3 1 3s t u d yp r o g r e s so nt r e a t i n gm e t h o d sf o rc u t t i n gf l u i dw a s t e w a t e r 。5 1 3 1p h y s i c a lm e t h o d s 5 1 3 2p h y s i c a l c h e m i c a lm e t h o d s 8 1 3 3c h e m i c a lm e t h o d s 1 0 1 3 4b i o l o g i c a lm e t h o d s 1 8 1 3 5c o m b i n e dm e t h o d s 1 9 1 4s i g n i f i c a n c e s ，o b j e c t i v e sa n dc o n t e n t so ft h i sr e s e a r c h 2 0 1 4 1s i g n i f l c a n c e so f t h i sr e s e a r c h 2 0 1 4 20 b j e c t i v e so f t h i sr e s e a r c h 2 0 1 4 3c o n t e n t so f t h i sr e s e a r c h 2 1 1 5r o u t eo ft h i sr e s e a r c h 2 1 c h a p t e r2m a t e r i a l sa n d m e t h o d s ：1 3 2 1m a t e r i a l sa n di n s t r u m e n t s 2 3 2 1 1m a i ni n s t r u m e n t s 2 3 2 1 2m a i nr e a g e n t s 2 3 2 2q u a l i t yo fw a s t e w a t e r 2 4 2 3w a t e r q u a l i t ya n a l y s i sp r o g r a m sa n dm e t h o d s 2 5 2 3 1d e t 枷n a t i o no fc o d 2 5 2 3 2d e t e r m i n a t i o no f t u r b i d i t y 2 5 2 3 3d e t e n _ 1 1 i n a t i o no f p hv a l u e 2 5 2 4e x p e r i m e n t a lm e t h o d s 2 6 2 4 1e x p e r i m e n to f a c i d i f i c a t i o n 2 6 2 4 2e x p e r i m e n to f n e u t r a l i z a t i o n 2 6 2 4 3e x p e r l m e n to fa c i d i f i c a t i o na n dc o a g u l a t i o n 2 6 2 4 4e x p e r i m e n to fs e p a r a t ec o a g u l a t i o n ，2 7 2 4 5e x p e r i m e n to f m i c r o e l e c t r o l y s i sp r o c e s sw i t hs p o n g ei r o n 2 8 2 4 6e x p e r i 。m e n to fs y n e r g i s t i co x i d a t i o nw i t hs p o n g ei r o na n d f e n t o n 2 9 c h a p t e r3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 3 0 3 1r e s u i t so fa c i d i f i c a t i o n 3 0 3 1 1r e l a t i o n s h i pb e t w e e np hv a l u ea n dt h ed o s a g eo f h 2 s 0 4 h c l 3 0 3 1 2i n f l u e n c eo f p hv a l u eo nc o d r e m o v a lr a t e 3 1 3 1 3i n f l u e n c eo f p hv a l u eo nt u r b i d i t yr e m o v a lr a t e 一3 2 3 2r e s u l t so fn e u t r a l i z a t i o n 3 4 3 3r e s u l t so fa c i d i f i c a t i o na n dc o a g u l a t i o n 3 5 3 3 1i n f l u e n c eo f c o a g u l a t i o n so na c i d i f i c a t i o na n dc o a g u l a t i o n 3 6 3 3 2i n f l u e n c eo f d o s a g eo na c i d i f i c a t i o na n dc o a g u l a t i o n 3 7 3 3 3i n f l u e n c eo f p hv a l u eo na c i d i f i c a t i o na n dc o a g u l a t i o n 4 0 3 4r e s u l t so fs e p a r a t ec o a g u l a t i o n 4 3 3 4 1i n f l u e n c eo f c o a g u l a t i o n so ns e p a r a t ec o a g u l a t i o n 4 3 3 4 2i n f l u e n c eo f d o s a g eo ns e p a r a t ec o a g u l a t i o n 4 4 3 4 3i n f l u e n c eo f p hv a l u eo ns e p a r a t ec o a g u l a t i o n 4 6 3 5c o m p a r a t i o no fa c i d i f i c a t i o n - c o a g u l a t i o na n ds e p a r a t ec o a g u l a t i o n 4 8 3 6r e s u l t so fm i c r o e l e c t r o l y s i sw i t hs p o n g ei r o n 4 9 3 6 。1i n f l u e n c eo f s p o n g ei r o n sd o s a g eo nm i c r o - e l e c t r o l y s i s 4 9 3 6 2i n f l u e n c eo f p hv a l u eo nm i c r o e l e c t r o l y s i s 5 0 3 6 3i n f l u e n c eo f r e a c t i o nt i m eo nm i c r o e l e c t r o l y s i s 5 1 v c o n t e n t s 3 6 4i n f l u e n c eo fs t i r r i i l gs p e e do n m i c r o e l e c t r o l y s i s 5 2 3 7s y n e r g i s t i co x i d a t i o no fs p o n g ei r o na n df e n t o n 5 2 3 7 ii n f l u e n c eo f p hv a l u eo ns y n e r g i s t i co x i d a t i o n 5 3 3 7 2i n f l u e n c eo fa d d i n gt i m eo ns y n e r g i s t i co x i d a t i o n ，5 3 3 7 3i n f l u e n c eo f h 2 0 2 sd o s a g eo ns y n e r g i s t i co x i d a t i o n 5 4 3 8t r e a t m e n te f f e c to fe v e r yp r o c e s sa n df i n a le f f l u e n t s 5 6 3 8 1c o m p a r i s o no fe f f e c tt r e a t m e n ta f t e re v e r yp r o c e s s 5 6 3 8 2t r e a t m e n te f f e c to f f i n a le f f i u e n t s 5 6 c h a p t e r4d i s c u s s i o no nm e c h a n i s m 5 8 4 1m e c h a n i s mo f a c i d i f i c a t i o n 。5 8 4 2m e c h a n i s mo f c o a g u l a t i o n 5 9 4 3m e c h a n i s mo f m i c r o e l e c t r o l y s i sw i t hs p o n g ei r o na n df e n t o no x i d a t i o n 6 0 4 3 1m e c h a n i s mo f m i c r o e l e c t r o l y s i sw i t hs p o n g ei r o n 6 0 4 3 2m e c h a n i s mo f f e n t o no x i d a t i o n 6 1 4 3 3m e c h a n i s mo fs y n e r g i s t i co x i d a t i o nw i t hs p o n g ei r o na n df e n t o n 6 3 c h a p t e r 5p r o c e s sd e s i g no fc u t t i n gf l u i dw a s t e w a t e r 6 4 5 1p r o c e s sd e s i g n 6 4 5 2p r o c e s sd e s c r i p t i o n ，6 5 c h a p t e r6c o n c l u s i o na n de x p e c t a t i o n 6 6 6 1c o n c l u s i o n so f t h i sr e s e a r c h 6 6 6 2s u g g e s t i o n sf o rt h ef u t u r e 6 7 r e f e r e n c e s t ；8 p a p e rp u b l i s h e dd u r i n gg r a d u a t e 7 6 a c k n o w l e d g e m e n t s 7 7 v l 第一章绪论 1 1 切削液概述 第一章绪论 目前，随着现代机械制造业的迅猛发展，切削液被广泛应用于金属及其合金 的切削、磨削加工工艺中。仅我国每年切削液的消耗总量估计约3 3 6 万立方米1 1 。 作为机械加工重要的配套材料，切削液主要起冷却、润滑、清洁和防锈的作用2 卅， 从而达到延长刀具使用寿命，提高加工质量、精度及效率，防止机床、工件腐蚀 的目的【5 6 。 切削液按介质状况分为以润滑为主的油基( s t r a i g h to i l ) 切削液和以冷却为 主的水基( w a t e rf l u i d ) 切削液两大类 7 1 ，而在每一大类中又可根据组成和使用 性能再具体细分，如表l l 所示 8 - 1 2 ： 表1 - 1 切削液的分类 t a b 1 - 1t h ec l a s s i f i c a t i o no fc u t t i n gf l u i d 类别主要组成使用性能用途 良好的润滑性和一定的防锈性； 矿物油机械油、轻柴油和煤油等 冷却性及生物降解性差 油慢速 动植鲸鱼油、蓖麻油、棉子油、优良的润滑性，可生物降解； 基切削 物油菜子油和豆油等冷却性差 切难加工 普通复合性能好于单一矿物油； 削矿物油、油性剂材料的 切削油生物降解性差 液切削 极压矿物油、极压剂、防锈剂、耐热、耐压，冷却性能显著提高； 切削油 油性剂等 有一定的腐蚀性 水 良好的冷却性和清洗性， 基矿物油( 5 0 8 0 ) 、乳化 经济、安全、卫生；高速 切乳化液剂、防锈剂、油性剂、极压 易发臭变质，溶液不透明，切削 削剂和防腐剂等 难以观察工作时的切削状况 液 厦门大学硕士学位论文酸析混凝一海绵铁f e n t o n 联合氧化法处理切削废水的实验研究 ( 续上表1 1 ) 半合成液矿物油( 5 3 0 ) 、油性剂、极具备乳化液和合成液的优 ( 微乳压剂、防锈剂、表面活性剂和防点，又弥补了两者的不足，所有轻、 水 液)腐剂等是切削液发展趋势 中负荷 基 良好的冷却和清洗性，使用和大 切 寿命长，溶液透明，具有良部分重 削 防锈剂、油性剂、极压剂、表面 合成液好的工作可见性，