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聚合氯化鐵在處理高濃度鍍錫廢水中的應用

發布時間:2020-09-04     瀏覽次數:

摘要:研究了聚合氯化鐵在采用H2O2-鐵炭法處理含高濃度鍍錫廢水時的應用及相關因素的影響。試驗結果表明,利用冷軋酸洗廢液制備的聚合氯化鐵對該廢水具有良好的處理效果,主要影響因素為聚合氯化鐵用量?;炷幚?00mL廢水較佳條件為:自制聚合氯化鐵4.0mL,pH為7.5,聚丙烯酰胺0.3mL,沉降時間20min,此時廢水COD去除率達到70%,為該廢水的后續處理提供便利條件。

引言

目前國內絕大數電鍍錫生產線采用弗洛斯坦法,因而生產過程中產生的電鍍廢水主要成分為苯酚磺酸(PSA)類物質,該類物質較為穩定且很難降解,目前國內外普遍采用H2O2-鐵炭法處理該類廢水。但由于該類廢水中PSA濃度較高,其化學需氧量(COD)值高達20000~40000mg/L,經過H2O2-鐵炭法氧化降解處理后,COD去除一般在70%~80%,廢水中COD值仍然很高,約為5000~10000mg/mL,同時難以進一步降解,可生化性也差,為后續的生化處理帶來影響,且造成超標排污。

1、試驗部分

1.1廢水處理工藝

高濃度鍍錫廢水→鐵炭反應器→混凝→沉降分離。

1.2試驗方法

取500mL高濃度廢水進入H2O2-鐵炭反應器進行氧化降解,用石灰乳調節pH值后,加入一定量的PAM,攪拌,靜置,取上清液,測量COD值。

2、試驗結果與討論

2.1混凝劑的選擇

高濃度電鍍液廢水經過鐵炭床后,PSA氧化分解產生的中間有機物以及殘余PSA易乳化穩定在水中或者溶于水,需要用混凝劑中和或改變膠體離子表面的電荷,形成絮凝體吸附有機物和懸浮物的共沉淀,將其去除。取500mL經H2O2-鐵炭床的廢水,測量其原始COD,分別加入不同種類的混凝劑4mL,攪拌,用石灰乳調節pH值為7.0,加入0.15mLPAM,攪拌,靜置,取上清液,測量剩余COD值。試驗發現,用聚鋁作為混凝劑,溶液無明顯變化,仍處渾濁狀態,用其他混凝劑后溶液分層,上清液COD值如表1所示。

表1不同混凝劑處理效果的比較

混凝劑種類 聚合氯化鐵 聚合氯化鋁鐵 三氯化鐵
剩余COD/(mg·L-1) 2030 3380 3190
去除率/% 70.02 50.04 53.06

注:鐵炭柱出水COD值為6800mg/L。

可見上述3種混凝劑除聚鋁外都有很好的混凝效果,效果較好的為自制的聚合氯化鐵(PFC),去除率達70%,因此確定采用聚合氯化鐵作為混凝劑。

2.2單因素對COD去除率的影響試驗

2.2.1混凝劑加入量對處理效果的影響

取500mL經鐵炭床法處理的廢水,分別加入不同量聚合氯化鐵,攪拌,用石灰乳調節pH值到7.0,加入0.15mLPAM攪拌,靜置,取上清液,測量剩余COD值,計算COD去除率,結果如圖1所示。

聚合氯化鐵在處理高濃度鍍錫廢水中的應用

從混凝機理分析,聚合氯化鐵在該過程中的作用可能包括降低膠體的動電位、吸附架橋聯接、沉淀物卷掃等,其濃度將決定其效果。由圖1可知,隨著聚合氯化鐵用量的增加廢水COD去除率先較快速上升,在大于4.0mL以后去除率變化不明顯。

2.2.2pH對處理效果的影響

所用混凝劑聚合氯化鐵為無機高分子聚合物,在不同pH時,生成的水解產物不同,混凝效果也不同。取500mL經過鐵炭床的鍍錫廢水,加入5.0 mL聚合氯化鐵,攪拌,用石灰乳調節不同pH值,加入0.2mL的PAM,攪拌,靜置,取上清液,測定COD去除率。pH對處理效果的影響如圖2所示。一般情況下,鐵鹽無機絮凝劑適合于堿性和中性環境下使用,鐵的水解反應及生成物主要通過提高溶液pH值,即增加溶液中OH-濃度實現。從試驗結果看,PFC的處理效果在pH為6.0~9.0,先隨著pH增加而增加,隨后再減小,由于pH偏高時,水解產物會產生鐵的氧化物沉淀,影響混凝劑的混凝作用。

聚合氯化鐵在處理高濃度鍍錫廢水中的應用

2.2.3PAM加入量對處理效果的影響

為將小顆粒懸浮物在較短的時間內去除,需加快沉降速度,因而需要加入助凝劑。取500mL經過鐵炭床的鍍錫廢水,加入5.0mL聚合氯化鐵,攪拌,用石灰乳調節pH值為7.0,加入不同量的PAM,攪拌,靜置,取上清液,測量殘余COD值,計算COD去除率,試驗結果見圖3。

聚合氯化鐵在處理高濃度鍍錫廢水中的應用

由圖3可見,當PAM用量在0.1~0.50mL時,隨PAM用量的增加,COD去除率增加,0.2~0.4mL時去除率較高,但過量后效果變差。PAM通過吸附由混凝劑形成的顆粒,將其搭橋聯結成一一個個絮凝體,使得顆粒進一步變大,加快沉降,殘余COD減少,但是過量時可能因產生的絮凝體比較松散,浮力較大,反而難以沉降,影響處理效果。

2.2.4沉降時間對處理效果的影響

取500mL經過鐵炭床的鍍錫廢水,加入5.0mL聚合氯化鐵,攪拌,用石灰乳調節pH值為7.0,加入0.3mL的PAM,攪拌,靜置不同時間,取上清液,測量殘余COD值,計算COD去除率,結果如圖4所示。

聚合氯化鐵在處理高濃度鍍錫廢水中的應用

某種特定顆粒沉降隨沉降時間的延長,沉降分離效果隨之提高。產生的顆粒體在沉降過程中,超過20min后,上清液COD逐漸降低并趨于穩定,效果變化很小??紤]工程實際,確定沉降時間為20min。

2.3影響因素的正交試驗

從以上分析可知,在常溫試驗中影響去除效果的主要因素有破乳劑添加量、pH、PAM用量等,進行3因子4水平的正交實驗(因子為聚鐵添加量、pH、PAM用量;每個因子選定為4個不同狀態作比較),因子水平如表2。

表2因子水平表

因子 水平
1 2 3 4
聚鐵添加量/mL 2.0 3.0 4.0 5.0
pH 6.5 7.5 8.5 9.5
PAM用量/mL 0.1 0.2 0.3 0.4

用正交表安排設計試驗,試驗用的鐵炭柱出水COD為6810mg/L,廢水處理量為500mL,試驗結果及數據分析評價見表3和表4。

表3正交試驗的試驗結果

試驗次數 因子 上清液
聚鐵添加量/mL pH PAM用量/mL COD/(mg·L-1)
1 2.0 6.5 0.1 2967
2 2.0 7.5 0.2 2837
3 2.0 8.5 0.3 2899
4 2.0 9.5 0.1 2870
5 3.0 6.5 0.2 2502
6 3.0 7.5 0.1 2610
7 3.0 8.5 0.4 2495
8 3.0 9.5 0.3 2512
9 4.0 6.5 0.3 2284
10 4.0 7.5 0.4 2156
11 4.0 8.5 0.1 2481
12 4.0 9.5 0.2 2490
13 5.0 6.5 0.4 2305
14 5.0 7.5 0.3 2089
15 5.0 8.5 0.2 2213
16 5.0 9.5 0.1 2530

表4正交試驗評價表

項目 聚鐵添加量/mL pH PAM用量/mL
∑CODn1 11573 10058 10588
∑CODn2 10119 9692 10042
∑CODn3 9411 10088 9784
∑CODn4 9137 10402 9826
A 2436 710 804

注:∑CODni(i=1、2、3、4)——i水平試驗后的上清液COD之和;A——∑CODni(i=1、2、3、4)的極差。

表3和表4的數據表明,上清液COD濃度主要隨著聚合氯化鐵的添加量而變化,當添加量從2.0增加到4.0時廢水中殘余COD濃度快速下降,隨后減緩;隨著pH增大加,上清液COD濃度先下降然后又上升,在7.5左右去除率高;隨PAM用量增加,上清液COD濃度先較快下降,用量達到0.4mL左右殘余的COD則有所上升,0.3mL的用量比較適合。

從表4的極差值比較可知,pH和PAM用量對上清液COD濃度影響不大,而聚合氯化鐵添加量是影響上清液COD濃度即COD去除效率的主要因素。

2.4聚合氯化鐵較佳添加量的確定

根據正交試驗的分析結果,選擇pH=7.5,PAM用量為0.6mL/L廢水作為試驗條件,進行優選聚合氯化鐵的添加量,試驗結果如表5所示。

表5不同聚鐵添加量對COD去除率的影響

聚合氯化鐵的添加量/mL 殘余COD/(mg·L-1 去除率/%
3.0 2610 61.7
4.0 2045 70.0
5.0 2089 69.3

注:廢水原始COD為6810mg/L。

由上表可見,處理500mL廢水,,聚合氯化鐵的用量在3.0~5.0mL都有較好的效果,在用量為4.0mL時,處理效率高。

3、結論

1)聚合氯化鐵適合于作為鐵炭法處理高濃度電鍍錫廢水工藝的混凝劑,COD去除效果優于聚合氯化鋁鐵、三氯化鐵。

2)隨著聚合氯化鐵用量的增加,廢水COD去除率先快速上升,后去除率變化不明顯;pH在6 0~9.0,COD去除率先隨著pH增加而增加,但pH偏高時水解產物會影響聚合氯化鐵的混凝作用,去除率隨之減??;助凝劑PAM用量在0.2~0.4mL效果均較好;本混凝試驗產生的顆粒體在20min沉降之后,COD去除效果趨于穩定。

3)在pH、助凝劑、混凝劑3因素中聚合氯化鐵添加量是影響COD去除效率的主要因素;處理500mL廢水的較佳條件為:聚合氯化鐵4.0mL,混凝后pH值為7.5左右,PAM為0.3mL,沉降時間20min,COD去除率為70%。

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