实验室模拟高浓度叔丁醇废水处理方法

2017-03-15 08:52:24 14

  甲乙酮是一类重要的有机溶剂,具有广泛的用途。但是在其生产过程中,由于原料不纯和副反应的存在,会产生一种生化性很差且浓度很高的有机物质——叔丁醇。 叔丁醇大量排入污水处理厂会对其生物处理单元造成很大冲击,影响污水厂的正常运行。因此废水中叔丁醇的处理一直是困扰炼化企业污水厂运行的一大难题。

  Fenton 试剂可通过 Fe2+ 的催化作用使 H2O2 产生氧化性极强的羟基自由基 ,尤其适用于高浓度难降解有机废水的催化氧化处理。近年 来 Fenton 试剂法已成为废水处理的研究热点之一。笔者采用 Fenton 试 剂预处理实验室叔丁醇模拟废水,重点考察了 H2O2 投加量 、Fe2+投加量 、pH、反应时间等因素对氧化降解效果的影响 ,取得了良好的处理效果 。

  1 实验部分

  1.1 实验用水

  实验所用废水模拟兰州石化公司仲丁醇精制工段排放水,该模拟废水由 1 L 蒸馏水与 5 mL 叔丁醇配制而成,其 COD 为 10 000 mg/L,pH 为 5.5~6.0,叔丁醇质量浓度为 4.0 g/L。

  1.2 实验仪器和试剂

  HT-4B 多头磁力加热搅拌器 ( 常州国华电器有限公司 ) ; pHS-3C 型实验室 pH 计 ( 上海今迈仪器仪表有限公司 ) ; CTL-12 化学需氧量速测仪 ( 承德华函 仪 器 公 司 ) ; DR2800 便 携 式 分 光 光 度 计 ( 美 国 HACH 公司 ) ; D 18 cm 定性滤纸 ( 杭州特种纸业 有限公司 ) 。

  叔丁醇 ( 分析纯 ,汕头市西陇化工有限公司 ) ; H2O2( 质量分数为 30%,分析纯,北京化工厂 ); H2SO4 ( 质量分数 98%,分析纯 ,北京化工厂 ); FeSO4· 7H2O ( 分析纯 ,北京世纪红星化工有 限责任公司 ,质量分数 99.0%~101.0%); 氢氧化钠 ( 分析纯 ,北京现代东方精细化学品有限公司 )。

  1.3 实验方法

  取 200 mL 模拟水样 (pH=5.0~6.0) 置于 250 mL 锥形瓶中 ,加入 FeSO4· 7H2O 后置于多头磁力加热搅拌器上搅拌 ,然后逐滴加入 H2O2,滴加完毕后开始计时,反应 2 h 后取过滤液上清液测其 COD。

  1.4 分析与测试

  COD 采用微回流比色法 〔1〕进行测定 ,pH 采用玻璃电极法测定 。

  2 结果与讨论

  2.1 H2O2 投加量的影响

  取13 组 200 mL 模拟叔丁醇废水,分别加入 0.75 g FeSO4· 7H2O,搅拌 ( 温度控制在 30 ℃ ),再分别 投 加 0.5、1.0、5.0、10.0、13.0、15.0、20.0、25.0、30.0、 35.0、40.0、45.0、50.0 mL H2O2,反应 2 h 后测定过滤液上清液的 COD,结果如图 1 所示。

 图 1 投加量对模拟废水 COD 去除率的影响

  由图1可以看出 ,随着H2O2 投加量的增加,COD 去除率增加 ,但当H2O2 投加量超过25 mL 后 ,去除率逐渐趋于缓和,因此选用H2O2 投加量为 0.125 mL/mL。

  2.2 Fe2+投加量的影响

  取5 组200 mL 模拟叔丁醇废水,分别加入0.25、0.50、0.75、1.0、1.25 g FeSO4· 7H2O,搅拌下( 控制温度在30 ℃ ) 加入25 mL H2O2,反应2 h 后测定COD,结果如图 2 所示。

 图 2 Fe2+投加量对模拟废水 COD 去除率的影响

  由图 2 可见,随着 Fe2+投加量的增加 ,COD 去除率升高,但当 Fe2+投加量 >0.75 g 后 ,COD 去除率逐渐趋于平缓。 故 Fe2+最佳投加量为 0.003 75 g/mL。

  2.3 pH 的影响

  取 6 组 200 mL 模拟叔丁醇废水,用稀 H2SO4 依次调节废水的 pH 分别为 3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0,然 后 分 别 加 入 0.75 g FeSO4· 7H2O 与 30 mL H2O2 〔2〕 ( 经理论需氧量计算得出 ),反应 2 h 后测定 COD,结果如图 3 所示。

 图 3 pH 对模拟废水 COD 去除率的影响

  由图 3 可见 ,在其他实验条件相同的条件下 , COD 去除率呈先增加 后降低的趋势 ,当溶液 pH 在 5.0 左右时,COD 去除效果最好,这是由于 pH 过高时会抑制· OH 的生成 ; 而 pH 过低时 Fe3+很难被还原为 Fe2+,也不利于· OH 的产生 。 研究表明 ,Fenton 反应体系的最佳 pH 范围为 3~5,该范围与有机物种类的相关性不大 〔3〕。

  2.4 反应时间的影响

  取 3 组 200 mL 模拟叔丁醇废水 ( 其 pH 为 5.5~ 6.0),用稀 H2SO4 调节 pH 至 5.0,分别加入 0.75 g FeSO4· 7H2O,置于磁力搅拌器上搅拌 ( 温度 控 制 在 30 ℃),然后分别加入 20.0、25.0、30.0 mL H2O2,反应 10、20、30、40、60、90、120 min 后取过滤液上清液测其 COD,结果如图 4 所示。

 图 4 叔丁醇模拟废水 COD 随反应时间的变化

  由图 4 可以看出 ,COD 随反应的进行先增大后减小 ,在 30 min 时 COD 开始趋于平缓 ,反应 2 h 时 COD 基本保持不变。 这是由于反应开始时 Fe2+催化 H2O2 产生大量· OH,再加上废水中叔丁醇浓度较高,从而导致 COD 陡然升高且高于原水的 COD; 随着反应的进行· OH 逐渐被消耗 ,叔丁醇的浓度也 逐渐降低,所以废水 COD 开始缓慢降低 。 因此确定最佳反应时间为 30 min。

  2.5 验证实验

  在上述实验确定的最佳条件下 ( 即 pH=5,反应温度为 30 ℃ ,H2O2 加入量为 0.125 mL/mL,Fe2+加入量为 0.003 75 g/mL,反应时间为 30 min),进行多次验证实验,发现 Fenton 试剂氧化法对叔丁醇模拟废水的 COD 去除率稳定在 91%。具体参见污水技术资料更多相关技术文档。

  3 结论

  通过 Fenton 试剂氧化叔丁醇模拟废水的 预处理实验,得出以下结论:

  (1)随着 H2O2、Fe2+投加量的增加 ,COD 去除率先增加后逐渐趋于平缓; 随 pH 的增加 COD 去除率先增加后减小 ,pH 为 5 时 COD 去除率最大; 随着反应的进行模拟废水的 COD 先剧烈增加后下降 ,反应时间为 30 min 时模拟废水的 COD 趋于平缓。

  (2)在 pH=5,反应温度为 30 ℃ ,H2O2 加入量为 0.125 mL/mL,Fe2+投加量为 0.003 75 g/mL,反应时间为 30 min 的条件下 ,Fenton 试剂对叔丁醇模拟废水的 COD 去除率可达 91%。

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