（环境工程专业论文）难降解腈纶废水铁屑内电解法预处理研究.pdf

! 圭燕奎兰堡主鐾堡垒塞i 一 一! ! 型 a b s t r a c t a c r y l i c f i b e rw a s t e w a t e rw i t hh i 曲c o d e r , b a db i o d e g r a d a b i l n y a l l ds o m e t o x i c a n t st om i c r o o r g a n i c s ，i sak i n do f o r s a n i cc h e m i c a li n d u s t r i a lw u s t e w a t e r t h a ti s d i f f i c u l tt od e g r a d e b a s e do nt h eb a s i cp r i n c i p l e sa n dt h er e a c t i o nm e c h a n i s mo f i n n e r - e l e c t r o l y s i s t e c h n o l o g y , t h ep r e t w 珞t m e n t o fa c r y l i cf i b e rw a s t e w a t e r 辆毽s r e s e a r c h e du s i n gi r o nc h i pi n n e r - e l e c t r o l y s i sp r o c e s s 黜f o l l o w i n g t h r e e p a r t s ： ( 1 ) r e s e a r c h o nt h ei n f l u e n c eo f s o m ef a c t o r so np r e t r e a t m e n te f f e c t i v e n e s sw i t h i n t e r m i t t e n to r t h o g o n a lo p t i m i z i n ge x p e r i m e n t 。i n f l u e n c ef a c t o r sa sp r i , r e t e n t i o nt i m e ， t h ea m o u n to fa e r a t i o na n dt e m p e r a t u r ew e r ec h o s e na n dt 1 1 e e f f e c t i v e n e s so f p r e t r e a t m e n t w a se v a l u a t e du s i n gt h ei n d e xo fc o bt h er e s u l t ss h o w e dt h a t e f f e c t i n go r d e r sw a sp h ，r e t e n t i o nt i m e ，t h ea m o u n t o fa e r a t i o na n dt e m p e r a t u r e t h e r e s u l to fi n t e r m i t t e n ts i n g l ef a c t o ro p t i m i z i n ge x p e r i m e m a n dc o n t i n u o u so p t i m i z i n g e x p e r i m e n ts h o w e d t h a tw h e n p h o fi n f l o ww a s3 ，r e t e n t i o nt i m ew a s2 h ，a m o u n to f a e r a t i o nw a s5 l ( m i n l w a s t e w a t e r ) a n dv e l o c i t yo ff l o ww a sl l 舡t h eb e s tt r e a t m e n t e f f e c t i v e n e s sc o u l db e a c h i e v e dw i t ht h er e m o v a lm t eo f c o d ow a s3 5 a n db o d g c o d c r w a s i m p r o v e d t o0 2 6 。 ( 2 ) s t u d y t h ei n f l u e n c e so fd i f f e r e n ta d d i t i o n a g e n t s o nt h et r e a t m e n t e f f e c t i v e n e s si nt h ep r o c e s so fi n n e r - e l e c t r o l y s i sr e a c t i o n a m o n gt h ea d d i t i o na g e n t s o fm e t a l s ，s a l ta n do x i d a n t ，t h ea d d i t i o no f h 2 0 2 ，w h i c hb e l o n g st oo x i d a n t ，h a dt h e b e s te f f e c t i v e n e s s a f t e ra c r y l i cf i b e rw a s t e w a t e rp a s s e dt h ei n n e r - e l e c t r o l y s i sr e a c t o r , t h et o t a lr e m o v a lr a t eo fc o d e , r e a c h e d6 6 8 t h ei m p r o v e m e n to fb o d y c o d c , w a si m p r o v e df r o m0 1 6o fo r i g n a tw u s t e w a t e rt oo 3 2 a n dp a n so fn a s c nw a s r e m o v e dw h e np hw a s3 ，t h ea m o u n to fh 2 0 2w a d2 5 m l ( 5 0 0 m l w a s t e w a t e r ) a n d r e t e n t i o nt i m ew 豁2 h r e s p e c t i v e l ya m o n g t h et h r e em e t a la d d r i o na g e n t sp d , a 1 2 0 3 c u o ，a 1 2 0 3 h a db e s tt r e a t m e n te f f e c t i v e n e s s ，a tt h i st i m et h er e m o v a lr a t eo f c o d e r f r o m3 3 。7 幻3 7 2 n a c iw a sc h o s e n 鑫ss a l ta d d i t i o na g e n t t h em a x i m u mt h e r e m o v a lr a t eo f c o d c ：e e c h e dt o4 0 2 w h e nt h ea m o u n to f n a c lw a s59 q w a s t e w a t e r ) ! 圭塑查兰婴主茎垡丝苎! ! 塑至! ( 3 ) c o m p a r et h et r e a t m e n te f f e c t i v e n e s so f i r o nc h i pi n n e r - e l e c t r o l y s i sp r o c e s s w i t hc o a g u l a t i o np r o c e s s t h ei e s u i t ss h o w e dt h a ti r o nc h i pi n n e r - e l e c u o l y s i sp r o c e s s c o u l dg e tb e t t e re f f e c t i v e n e s st h a nt h a to fc o a g u l a t i o np r o c e s s t h er e m o v a lr a t e so f c o d c r w a s3 4 5 u n d e rt h eo p t i m i z i n gc o n d i t i o n so f t h ei r o nc h i pi r m e r - e l e e t r o l y s i s p r o c e s s a 1 2 ( s 0 4 ) 3 1 8 h 2 0 h a dt h eb e s tt r e a t m e n te f f e c t i v e n e s s a m o n gp a c ， f e s 0 4 7 h 2 0 a n d a l 2 ( s 0 4 b 1 8 i - 2 0 ，a n d t h e r e m o v a lr a t e o f c o d c r w a s o n l y 2 0 1 w h e nt h ea m o u n t o f a l 2 ( s 0 4 ) 3 - 1 8 h 2 0 w a s1 5 0 m g 几 t h et h e s i sp r o v i d e dt h e o r e t i c a lb a s i sa n dt e c h n o l o g yp a r a m e t e r sf o rd e s i g n i n g a n dr u n n i n g f o rg e t t i n gt h eb e s te f f e c t i v e n e s s ，t h ef u r t h e rr e a d j u s t m e n ti sn e e d e di n r e a l i s t i cp r o j e c t k e yw o r d s ： f e c h i p p i n gi u n e r - e l e c l r o l y s i sp r o c e s s ，a c r y l i c f i b e r w a g e w a t e r ， p r e t r e a t m e n t ，c o n t r o l - f a c t o r , a d d i t i o na g e n t m 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己发表 i 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 新签懈嘿 ! ! ：墨查堂堡主堂堡鎏苎! 一! i ! 丝 第一章引论 l 。l 菠永中难降勰有机污染物 2 0 世纪中叶以来，合成化学工业飞速发展，大量自然界本不存在的有机化 含耪被笈疆和生产出来。这类有祝勃被统称为雾麓生物瞧有辊物或j 生禽有掇秘 ( x e n o b i o t i co r g a n i cc h e m i c a l s ) 。它们为人类社会带来了许多方便和利益，但生 物圈对冀葚感潞空。不怒骞簸舞魏往英簿褥，毽戴又被繇为难簿解有捉躲f l 。l 。逶 常化工、印染、制药、造纸等行业废水中存在大擞这类难降解有机物，它们大多 具有怠戆毒瞧，或者具有“三致”( 致瘗、致跨、致突交) 菇蜃，在东髂、壤 中能长时间存在：并且，会通过食物链进入生物体，经过逐级富集、浓缩、放大， 筑砉生物秘人类健康。 1 1 。l 废水中难降解有机污染物生物降解性能的评价方法 疆翦冒内努已建立了多静难降解有稳物主耢降解往能豹评价方法，它们可以 分为好氧生物降解性能评价方法和厌氧生物降解性能评价方法两类。好氧生物降 瓣往麓评价方法缀疆溺定有蔽耱去豫效采分为振荡塘养试验法、半连续滔注污混 测试法、彼特测试法等；根据有机物降解时消耗氯量分为密封瓶测试法( 传统 b o d 实验法) 、零屡指抟跑较法、瓦氏簿寝饺溅试法、氧吸羧率评份法等；校爨 测定降解产物分为斯特姆( s t u r m ) 测试法和二氧化碳生成量清华大学测试法 ( p c d 溅试洼) 等；棂摇微生镑生理生纯特莛掺拣分力缨嶷乎叛诗数溅试法、驻 氯酶活性测试法及三磷酸腺苷( a t p ) 测试法等。有机物厌氧生物降解性能评价 方法毒美墓环缳爝( e p a ) 拣礁测试渡、e c e t 0 e 溯试法驭半连续反应测试法等。 在众多好氧生物降解性能评价方法中，人们通常采用以废水中有机物的某些 综合承质指标评价其可生佬性的水质指标跑较法。b o d 5 、c o d 謦为废承枣誊晁污 染的综合指标，两者都反应废水中有机物在氧化分解时所耗用的氧量。b o d ；是 有机物在微生物作用下氧化分解所震要的氧量，它代表废承中可，史物降解的那部 分有机物；c o d 怒有机物在化学氧化剂作用下氧化分解所需要的氧量，它近似 代表废水中的全部有机物。这两个概念都假设所有碳都转换为生物量，并不为所 研究的纯合物或实验介质抑翩。此法特点是眈较简单，但精度不裔，只能粗略反 应有机物的好氧降解性能刚。 b o d 5 忿o d 0 ，5 时，易降解； 0 3 b o d 5 c o d 0 5 时，可降解； b o d s c o d 、 r 2 t 1 4 ，所以影 啊铁屑内电解法预处理腈纶废水处理效果的二 艺因素主次关系依次为：d h 一停 留时间一曝气量一溢度。再对表中k q 、k 2 q 、k s q 的分析，就p h 园予来说，k 1 1 最大，所以在p h 的三个水平中应选第一个水平，同理停留时间应选第三个水平， 曝气麓应选第三个承平，溢瘦选第二个水平，由噩艺可强褥出本缀正交试验中的最 佳工况是进水p h 为3 、停留时间为1 2 0 r a i n 、曝气量为2 l r a i n 以及温度为3 0 。c 。 尽管温凌在p 、停馨对麓、礤气蠡帮溢发等酉个澎桷茜索中刁；怒主要豹黪 晌因索，但从化学动力学可知，其对铁屑内电解反应中铁的腐蚀仍有定作阁。 遗凄嚣高，滚滚戆糖瘦减小，扩散系数塔大，缱壤更多瓣溶鳞氧扩敷裂瘸蚀金属 铁的阴极区，同时，过电位的降低可使氧或氢离子的阴极还原过程和盒属铁的阳 掇溶解过程搬速，这些嫠蠖金震铁款疼镪速度增热，愿是漫痰茭t 毫弱g 亨会使笺在 水中的溶解度降低；从而使金属铁的腐蚀速度降低。一般情况下，在敞丌式系统 申，在瀑度较低魄区闽内，金属铁的勰蚀速度随涅度瓣增龆薅壤规，只有当瀑度 接近沸点时，腐蚀速度才会下降【”i 。 滕纶生产聚合反应在高瀑下进行，出水经过热交换后仍有4 0 左右，有利 于铁羁内电解法的进行，同榉也有利于后续生化处理的进行。因此在实际工程应 用中进水水溺可以保持在腈纶废水从生产车蚓摊出时的4 0 o e z 洁，不用采取特 2 6 铁嚣蠹电瓣法冀鹋瓣素蕊研究l 残措施进行蹲溅。 3 2 2 单因素优化试验 递过对土露噩三交试验结栗豹分析，可以襄确选定嚣个因素影响铁滔内瞧勰法 预处理腈纶废水的主次顺序以及一组较好优化处理条件，即进水p h 为3 、停留 时阕为1 2 0 m i n 、曝气豢为2 l m i n 以及滠度为3 0 。c 。爨予涅震因素戆影蘸较小， 同时考虑到实骏室条件，因此，为了进一步优化试验条件，根据以上确定的条件， 建室潼、f ，露定除湿发癸其它嚣素改交一令霆豢进行单强素伐傀试验。 3 2 2 1 进水p h 值的影响 在盛有稻黼堆积体积的多孔填料豹浇杯中投加适慧的一系列不同p h 值韵满 纶废水，同时通入2 l m i n 的空气进行曝气，反应1 2 0 r a i n 后出水，取上清液测定 其c o d c ，试骏结栗始图3 一l 所示。 = 一- - e 5 0 。4 0 萋3 0 髻2 0 i 誊1 0 ： ? ? o24681 01 2 d h 值， 幽3 - 1c o d c r 去除率与p h 值芙系 出图3 一l 霹以羲爨，睫着p h 僮筑变镬二，c o d c 。懿去除辜隧p 壤兹降低蠢 升高，p i t 值越低，c o d c 。的去除率越高。这主要是因为铁屑内电解法的本质是 电化学斡氧化还原反应，郎在废水中形成腐蚀电浊，尽镣通过铁的鹰蚀反应自燕 能变化 7 6 判断，在不问p h 值条件下，铁屑都有电化学腐蚀倾向，但是由于铁 属在分质中活雪生腐蚀时阳极反应生成魄f e ”在酸性条件下稳定，但在碱性条传 下，则会发生如下反应： f e 2 + + 2 0 h 一f e ( o h h ( 3 1 ) 4 f e ( o h ) i + 0 2 + 2 h 2 0 4 f e ( o h ) 3( 3 2 ) 形成的我们通常称之为铁锈的不溶性的腐蚀产物，附在铁表面上，阻碍了铁的进 一多孺蚀邵疆褥了反应静充分避行印l ；溺时由于存在于铁蒋腐镪酮裰过程中的以 氢离子作为去极化剂的析氢腐蚀过程在p h 值减小，氢离子浓度增大，氨电极电 位变季譬筵委，在氢遂毫位不交静清嚣下，涟着电纯学反应驱动力豹增大，铁矮豹 腐蚀速度将进一步增大，因此铁屑在酸性条件下更不稳定，更容易发生电化学腐 蚀盈腐蚀速度凳快，c o d c ，翡去除率也蘧赢。 ! ! ：受叁皇鍪圭登焦鲨兰! ! 竺望塑壁型望童登堕塑塑! ! ! 型 般经过酸洗后的铁屑的表面活性比较窝，所以本试验研究中在烧结内电解 多孔填料时经过筛分和1 0 的氢氧化钢溶液漤泡除油后的废铸铁屑需矮再用2 的稀赫酸浸泡2 0 分钟。同时活性阴离子( c 1 ”) 的存在可以促进金属铁孔蚀的发 生，捐快铁瘸蚀的进程。 由图3 1 还可以精出，在p h 值为2 - 3 之间的处理效果变化幅度不太，i n 样 p h 值为4 - 8 之闻馥疑理效果变纯福嫠也不大，瞧p 藏为4 8 时c o d c r 的去除率 较2 3 叫有定的减少。本试验研究中，为了达到较好试验效果同时为了减少投 翔酸戆量，只需垮p h 篷调虱3 帮可。这霹反应毫有裁，霾为翔过量懿酸，不但 对铁的消耗量增大，也会使过星的h 。进一步与f e ( o h ) 2 反应，破坏絮凝体，使 废水。 j 溶基曼多数f 。弘，影# 彝基隶熬东蒺。下嚣戆单飘素试簸都按照筘 为3 来 讲行。 3 2 2 2 管瞽簿阕蕊影瞧 在盛有相同堆积体积的多孔填料的烧杯中投加适基的p h 值为3 的腈纶废 求，溺时逶入2 l l m i r 麓空气涟行礤气，反应不同时闯嚣出永，取上清液涎定其 c o dc r 试验结果如阁3 2 所示。 鬟 v 瓣 鬣 - 献 0 謇 4 0 f l 3 0 。 2 0 1 0 o2 04 06 08 01 0 0 1 2 01 4 01 6 01 8 02 0 0 箨留对赫( m i n ) 图3 - 2 c o d c 。去除率乓僖留时闻关系 从图3 。2 可以看出，随停留时间的延长，c o d c ，去除率逐步提高。在丌始的 1 2 0 r a i n 内，c o d c ；去除率上舞鲍较浃，这是由于搏整时闼的长短决定了氧化还 原等作用时间的长短，停留时间越长，废水与多孔填料接触时间也越长，氧化还 原等作用也遴行的越充分。当停留时阅在1 2 0 1 9 0 m i n 之闻时，c o d c r 去除率的 上升趋于平缓，此时出水c o d c r 的去除率相麓不大。 考虑到停留时间过长，铁的消耗鬃将增加，废水处理成本随之提蕊，同时出 于铁的大量溶解造成嬲水中的f e ”增加，影响出水水质，因此停留时间在1 2 0 m i n 为。白：。下面的单因素试验按照停留时间为1 2 0 r a i n 柬遴_ 亍。 3 2 2 3 曝气量的影响 在盛毫穗霹堆积体酝数多i l 填辩麴烧嚣孛j ：曼攘遥爨酶p h 毽戈3 黪薅绘废 王 ? 海大学颂士攀位论