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络合沉淀—Fenton试剂氧化法处理高浓度含氰废水

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络合沉淀—Fenton试剂氧化法处理高浓度含氰废水

采用络合沉淀—Fenton试剂氧化法处理高浓度含氰废水。实验结果表明,在初始废水pH为9、曝气时间为20min、搅拌时间为20min、FeSO4溶液加入量为1.62mL/L、搅拌转速为40r/min的络合沉淀反应条件下,在絮凝阶段废水pH为8、n(H2O2)∶n(Fe2+)=20的Fenton试剂氧化反应条件下,处理初始CN-质量浓度为450~550mg/L的高浓度含氰废水,总CN-去除率达99.9%以上,剩余CN-质量浓度小于0.02mg/L,COD为50~70mg/L,BOD5小于20mg/L,浊度小于0.5NTU,悬浮物质量浓度小于10mg/L,满足GB8978-1996《污水综合排放标准》的要求.

 

氰化物(特别是游离氰化物)是剧毒类物质。氰化物的络合能力很强,广泛应用于化工、冶金、机械、电镀及制药等行业。在这些行业排放的废水中常包含有硫氰酸盐、金属氰化物、氰化物、金属离子及酚类等。含氰废水直接排放对环境、人体及动植物具有很大危害,甚至会导致生态系统的崩溃。因此,需对含氰废水进行严格处理。目前,总氰化物(以CN-计)的排放浓度执行GB21900—2008《电镀污染物排放标准》。含氰废水常采用活性炭吸附法、二氧化硫一氧化法、电解法、铁氧化法、酸化吹脱法、碱氯法、二氧化氯法及离子交换法等物理化学方法进行处理。


FeSO4络合沉淀法具有药剂来源广、成本低、耗量少、操作方便,设备投资费用少、能处理大部分的络合氰化物,且产物可回收制造铁蓝或进一步制造黄血盐产品等特点,在高浓度的含氰废水处理中优势明显。但是,该方法在处理低浓度的含氰废水(CN-质量浓度低于10mg/L)时,效果较差。Fenton试剂氧化法是一种高级氧化处理技术,能有效地降低废水中低浓度的游离氰根离子,具有反应条件温和、反应迅速且无二次污染等特点。采用FeSO4络合沉淀和Fenton试剂氧化法联合处理高浓度含氰废水,方法工艺简单,既能回收络合的氰化物,又能使处理后的废水达标排放,经济有效地解决了高浓度含氰废水的处理问题,具有实用价值和环境效益。


本工作采用FeSO4络合沉淀和Fenton试剂氧化法联合处理高浓度含氰废水。通过正交实验考察了初始废水pH、FeSO4溶液加入量、搅拌转速、搅拌时间和曝气时间等因素对络合段CN-去除率的影响,以及絮凝阶段废水pH和n(H2O2)∶n(Fe2+)对Fenton试剂氧化段CN-去除率的影响。


1实验部分

1.1试剂、材料和仪器

FeSO4·7H2O、聚丙烯酰胺(PAM)、双氧水(w(H2O2)=30%):分析纯。聚硅铝锌:自制。高浓度含氰废水:三聚氯氰生产过程中产生的含氰废水,主要含有氰酸盐、氯酸盐、氯氰单体和次氯酸盐,废水水质见表1。

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DR890型多参数水质分析仪:美国HACH哈希;S312—90型恒速搅拌器:上海申生科技有限公司;Seven Multi型pH/电导率/离子综合测试仪:梅特勒一托利多(上海)有限公司。

1.2实验原理

1.2.1 FeSO4络合沉淀法去除高浓度CN--

CN-与多种金属离子均可形成稳定的络合物,而这些络合物大多是无毒无害的,因此常用Fe2+与CN-反应形成Fe(CN)64-,然后再与其他金属离子形成沉淀,从而降低高浓度含氰废水中的CN-。一般选用廉价的FeSO4·7H2O为沉淀剂,将CN-转化为亚铁蓝(Fe2[Fe(CN)6],Ksp=10-35)沉淀。经过空气曝气,亚铁蓝被进一步氧化为铁蓝(Fe4[Fe(CN)6]3,Ksp=10-42)。

1.2.2 Fenton试剂氧化法去除低浓度CN-

Fenton试剂具有一定的混凝作用,在处理废水的过程中会发生反应,产生铁-水络合物([Fe(H20)4(0H)2]+),调节pH为3~7时,上述络合物变为[Fe2(H20)7(OH)2]5+。在碱性条件下,通过聚硅铝锌絮凝剂沉淀络合产物,从而实现对CN-的去除。

1.3实验方法

1.3.1络合沉淀实验

调节初始废水pH,使呈碱性,加入一定量Fe2+质量分数为10%的FeSO4溶液并搅拌,曝气反应一段时间,加入适量PAM,絮凝后静置,取上清液测定CN质量浓度。

1.3.2Fenton试剂氧化实验

取络合沉淀处理后的上清液,调节pH为3.5,加入一定量Fe2+质量分数为10%的FeSO4溶液和双氧水,搅拌下反应2h。再调节絮凝阶段废水pH,使呈碱性,加入适量PAM和聚硅铝锌,搅拌下反应2h,絮凝沉淀后取上清液进行分析。

1.4分析方法

按照GB7486—1987《水质氰化物的测定第一部分总氰化物的测定》测定废水中CN-质量浓度;采用重铬酸钾法测定废水COD。


2结果与讨论

2.1络合沉淀处理结果

选择初始废水pH、FeSO4溶液加入量、搅拌转速、搅拌时间和曝气时间5个因素,每个因素选取4个水平,以络合段CN-去除率为考核指标,设计正交实验。正交实验因素水平见表2,正交实验结果见表3。

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由表3可见:各因素对络合段CN-去除率影响的大小顺序为A>E>D>B>C,即初始废水pH>曝气时间>搅拌时间>FesO4溶液加入量>搅拌转速;各因素的最佳组合为A,E,D,B,C,,即初始废水pH为9,曝气时间为20min,搅拌时间为20min,FeSO4溶液加入量为1.62mL/L,搅拌转速为40r/min。在最佳条件下处理高浓度含氰废水,络合段CN-去除率达98.0%以上,剩余CN-质量浓度为8mg/L。

废水的酸碱性对CN-的去除率影响最大,这是因为当废水pH较低时,加入FeSO4后无法生成稳定的铁-水络合物,导致CN-去除率降低;pH较高时,加入FeSO4后直接产生Fe(0H)2,Fe2+无法发挥络合作用,同样导致CN-去除率降低。最佳曝气时间为反应过程中的还原性物质完全被氧化的时问。曝气时间过长,氧化剂不再产生反应,且浪费能源。搅拌转速影响搅拌强度,当搅拌转速过低时,反应物之间接触缓慢,反应时间延长;搅拌转速过高会打碎反应过程中产生的络合物,影响沉淀过程。


2.2 Fenton试剂氧化法处理结果

在絮凝阶段废水pH为9~10的条件下,n(H2O2):n(Fe2+)对CN-处理效果的影响见图1。

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由图1可见:随胛n(H2O2):n(Fe2+)的增加,CN-质量浓度逐渐降低,Fenton试剂氧化段CN-去除率逐渐增大;当n(H2O2):n(Fe2+)>20时,继续增加n(H2O2):n(Fe2+),CN-质量浓度和Fenton试剂氧化段CN-去除率变化不大。这是因为当行n(H2O2):n(Fe2+)过大时,Fe2+被直接氧化成Fe3+,反应在Fe3+的催化作用下进行,Fe3+的催化效果较Fe2+差。

在行n(H2O2):n(Fe2+)=20的条件下,絮凝阶段废水pH对CN-处理效果的影响见图2。由图2可见:当pH=8时,剩余CN质量浓度小于0.02mg/L,Fenton试剂氧化段CN-去除率达99.4%以上;继续增大絮凝阶段废水pH,CN-质量浓度和Fenton试剂氧化段CN-去除率变化不大。在碱性条件下,Fenton试剂的氧化作用可以使稳定的铁-水络合物还原水解,絮凝体破碎,使CN-得以降解。

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2.3小结

在初始废水pH为9、曝气时间为20min、搅拌时间为20min、FeSO4溶液加入量为1.62mL/L、搅拌转速为40r/min的络合沉淀反应条件下,在絮凝阶段废水pH为8、n(H2O2):n(Fe2+)=20的Fenton试剂氧化反应条件下,处理初始CN-质量浓度为450~550mg/L的高浓度含氰废水,总CN-去除率达99.9%以上、剩余CN-质量浓度小于0.02mg/L、COD为50~70mg/L、BOD5小于20mg/L、浊度小于

0.5NTU、悬浮物质量浓度小于10mg/L,满足GB8978—1996《污水综合排放标准》的要求。

3结论

a)络合沉淀-Fenton试剂氧化法对初始CN-质量浓度为450~550mg/L的高浓度含氰废水具有较好处理效果。

b)络合沉淀法的最佳处理条件为初始废水pH9,曝气时间20min,搅拌时间20min,FeSO4溶液加入量1.62mL/L,搅拌转速40r/min。在此条件下,络合段CN-去除率达98.0%以上,剩余CN-质量

浓度为8mg/L。

c)Fenton试剂氧化法的最佳处理条件为:絮凝阶段废水pH8,n(H2O2):n(Fe2+)=20。

d)经两段反应处理后,总CN-去除率达99.9%以上、剩余CN-质量浓度小于0.02mg/L、COD为50~70mg/L、BOD5<20mg/L、浊度<0.5NTU、悬浮物质量浓度小于10mg/L,满足GB8978—1996《污水综合排放标准》的要求。


2018年3月15日 09:50
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