NaClO/Fe2+氧化法深度处理草浆造纸废水实验研究

Posted 2023-01-12 用量

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采用NaClO/Fe2+氧化法深度处理经厌氧、好氧处理后的草浆造纸废水，通过正交实验和单因素试验，研究了各主要因素对废水COD去除效果的影响，确定了最佳工艺条件.结果表明：NaClO/Fe2+法对COD去除率影响的顺序为：NaClO用量>Fe2+用量>反应时间；在进水COD浓度为340mg/L，pH值为7～8.3、10%工业级Na-ClO投加量为2.5mL/L，FeSO4投加量为6mmol/L，反应时间为30min的条件下，废水COD的去除率为77.87%，处理后废水的COD值降到76mg/L以下，满足GB3544-2008《制浆造纸工业水污染物排放标准》中COD排放浓度80mg/L的限值要求.
文章编号：1000-2367(2011)03-0108-04草浆造纸废水成份复杂，工业上大多采用“生化+物化"综合技术处理，处理后的废水一般可以达到原排放标准(GB3544-2001)中COD≤450mg/L的要求.新的《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)已于2008年8月1日起实施，要求化学需氧量(COD)的排放指标不大于80mg/L.因此，对造纸废水进行深度处理已经刻不容缓.Fenton氧化技术是一种快速高效的水污染控制技术，在难降解工业有机废水处理中的研究已取得了较大的成果.该技术系利用亚铁离子(Fe2+)催化分解过氧化氢(H2O2)产生高活性的羟基自由基HO.，从而引发一系列的自由基链反应，使污染物氧化降解.但是由于H2O2价格昂贵，使用量大，导致Fenton氧化技术处理废水成本较高.本文采用价格较为低廉的次氯酸钠(NaClO)代替H2O2，在Fe2+的作用下对经厌氧、好氧处理后的草浆造纸废水进行深度处理，通过正交实验和单因素试验，研究了各主要因素对废水COD去除效果的影响，确定了最佳工艺条件，从而为该技术的工业化应用提供了理论依据.
1 试验部分
1.1 方法原理
NaClO溶液属于热力学不稳定体系，一般仅存在于pH>12的强碱性溶液中.在酸性、中性、弱碱性水溶液中均可产生次氯酸(HClO).HClO在Fe2+离子的催化作用下能够分解产生HO.[3-4]和超氧自由基(O2-.)：
Fe2++HClO→HO.+Fe3++Cl-
Fe3++2HClO→Fe2++HO2.+H++2Cl-
HO2.→O2-.+H+
O2-.在水溶液中与HClO发生反应产生HO.，且该反应比与H2O2的反应快7个数量级：
O2-.+HClO→O2+HO.+Cl-
当液相中有有机物质存在时，HO.自由基可以从有机化合物中提取氢原子，按下列机理形成有机自由基(R.)：
RH+HO.→R.+H2O
R.+HClO→HO.+RCl
HO.同R.自由基同时产生诱发链反应，最终使得液相中有机基质被氧化.
1.2 废水水质
试验用某造纸厂经厌氧、好氧处理后的草浆造纸废水，该废水呈浅褐色，COD浓度为340mg/L，pH值为7.0～8.3.
1.3 主要设备与药剂
BS124S型电子分析天平(德国Sartorius公司)；pHS-3C型酸度计(上海大中分析仪器厂)；85-2型恒温磁力搅拌器(上海司乐仪器厂)；101-1型电热恒温鼓风干燥箱(上海跃进医疗器械厂)；COD测定加热回流装置.
工业级次氯酸钠(山东阳谷东三里磊阳化工厂，有效氯含量为10%)；工业级98%的硫酸亚铁(巩义市腾龙水处理材料有限公司).
1.4 实验方法
取废水水样100mL于250mL烧杯中，加入一定量10%的NaClO溶液，再加入一定量0.2mol/L的FeSO4溶液，在磁力搅拌器上搅拌反应一定时间后，用浓NaOH溶液调pH值至11～12终止反应，取样分析COD.COD的测定采用标准重铬酸钾法.
2 结果与讨论
2.1 正交实验
为了考察NaClO/Fe2+体系中NaClO投加量，Fe2+用量、反应时间对处理效果的影响顺序，以水样的COD去除率为指标，进行了三因素三水平的正交实验，结果列于表1.由表1中R值可知，3因素对COD去除率影响因素的先后顺序为：NaClO用量>Fe2+用量>反应时间.

2.2 NaClO加入量对废水COD去除效果的影响
在Fe2+的投加量为6mmol/L，反应时间为30min，反应温度为10℃的条件下，改变NaClO投加量(有效氯含量为10%的溶液)，考察其对COD去除率的影响，结果见图1-2.

由图1可以看出，当NaClO的加入量小于4.0mL/L时，废水的COD随NaClO投加量的增加而增大，在投加量达到4.0mL/L时，COD去除率达到最大值，再增加NaClO用量，体系的COD去除率呈下降趋势.当NaClO的投加量为2.5mL/L时，废水处理后COD值为75.38mg/L，已满足国家造纸废水排放标准的要求(COD80mg/L)，此时，COD的去除率为77.87%.从经济实用的角度考虑，适宜的NaClO投加量为2.5mL/L.
2.3 Fe2+投加量对废水COD去除效果的影响
在NaClO的投加量为2.5mL/L，反应时间为30min，反应温度为10℃的条件下，改变Fe2+的投加量，考察其对COD去除率的影响，结果见图2.由图2可知，废水COD的去除率随Fe2+投加量的增加而提高，Fe2+投加量小于6mmol/L时，废水的COD去除率增幅明显，大于6mmol/L后，废水COD去除率增大的比较缓慢，考虑国家造纸废水排放标准的要求和处理成本，Fe2+投加量确定为6mmol/L比较合适，此时废水的COD浓度为75.38mg/L，COD去除率为77.87%.
2.4 反应时间对废水COD去除效果的影响
在NaClO的投加量为2.5mL/L，Fe2+的投加量6mmol/L，反应温度为10℃的条件下，改变反应时间，考察其对COD去除率的影响，结果见图3.

由图3可以看出，废水COD的去除率随反应时间的延长而增大，当反应进行到30min后，废水COD的去除率增幅减缓.综合COD的去除率、基建费用和运行费用等影响，反应时间确定为30min为宜，此时废水的COD浓度为68.96mg/L，COD的去除率为79.22%.
3 结论
(1)NaClO/Fe2+氧化法能够有效去除经厌氧、好氧处理后草浆造纸废水的COD.
(2)NaClO/Fe2+氧化法对COD去除率的影响顺序为：NaClO用量>Fe2+用量>反应时间.
(3)NaClO/Fe2+氧化法深度处理COD浓度为340mg/L，pH值为7.0～8.3草浆造纸废水，在反应温度为10℃时的最佳工艺条件为：NaClO溶液(有效氯含量为10%)投加量为2.5mL/L，FeSO4投加量为6.0mmol/L，反应时间为30min.该工艺条件下废水COD的去除率可达77.87%，废水的COD值降到76mg/L以下，满足国家对造纸废水的排放要求.