乳化液破乳實驗

1、乳化廢水處理實驗方案一、乳化液破乳實驗（1） 目的：通過實驗確定混凝氣浮破乳的最佳參數(shù)，例如：混凝劑的投加量、助凝劑的投加量、pH值等。（2） 實驗過程：此次試驗的原水來自XXXXXXXXX有限公司的乳化液廢液，其水質(zhì)的主要指標：COD XXX 104 mg/L、SS： mg/L、pH值 左右、BOD5 mg/L 。1 混凝劑投加量的確定此次實驗采用的混凝劑是PAC，即聚合氯化鋁。選用的濃度為100g/L。調(diào)整水樣的PH值為最佳值，向水中滴加PAC，在滴加的過程中需要緩慢的攪拌直至出現(xiàn)礬花為止。然后，靜止10分鐘，取上清液測量CODcr，計算CODcr的去除率，去除率越大，混凝的效果就越好。實

2、驗步驟：選擇八個100ml的燒杯，在燒杯中加入100ml的原水，調(diào)節(jié)其pH值在8左右，向其中滴加不同量的PAC，緩慢攪拌。靜置10分鐘，分離出下層清液。測量CODcr，計算CODcr的去除率，去除率越大就是混凝效果最好的，這樣就可以確定最佳投藥量，測量效果如圖3圖1 PAC投加量與COD去除率的關(guān)系由圖1可知，在pH值一定的條件下，可以隨著混凝劑加入量的逐漸增大，而當混凝劑加到一定量時，CODcr的去除率反而上升，上層的清液也逐漸變得混濁。這是由于加入的聚合氯化鋁逐漸溶解分散到溶液中去。又有鋁離子帶有部分正電荷，而乳化液大多數(shù)都含有陰離子表面活性劑。這樣，會通過壓縮雙電層，吸附點中和，吸附架橋

3、，網(wǎng)捕作用達到凝聚，絮凝的效果。隨著混凝劑量的逐漸增大，這四種混凝作用的效果也逐漸增強，直至達到最佳效果，再過量地加入混凝劑，溶液中存在過量的鋁離子，產(chǎn)生水解，將會形成膠體，再次達到膠體的穩(wěn)定，使CODcr值有些許升高的現(xiàn)象。所以，在混凝的過程中要嚴格控制混凝劑的投加量。由此次試驗可以確定：100ml原水加6ml的PAC（濃度為100g/L）混凝效果最佳。2 pH對混凝效果的影響實驗步驟：分別取9份100mL的原水，分別調(diào)節(jié)pH值為5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5，均加入6mlPAC(最佳投加量)，攪拌，靜置10分鐘，分離出清液，測定其pH 值，并測量CO

4、D。見圖2：圖2 pH值與COD去除率的關(guān)系由圖2可知，在pH 在8.5左右的時候，投加6ml的PAC時，COD的去除率最好，混凝效果達到最好。可見，pH 值對混凝效果的影響很大。所以在混凝過程中應(yīng)控制pH值8.5左右。3 助凝劑投加量的確定此次實驗所采用的助凝劑是PAM，即聚丙烯酰胺，選用的濃度為2g/L。取6個250ml的燒杯，加入100ml的原水，再向其中加入6ml的PAC，攪拌。向其中分別加入0.5ml、1ml、1.5ml、2ml、2.5ml、3.0ml的PAM，攪拌。靜止10分鐘。取上層清液，測量COD，計算COD的去除率。見圖3圖3 PAM投加量與COD去除率的關(guān)系由上圖可知，當P

5、AM的投加量為 ml時，COD的去除率，混凝效果最佳?？梢?， 2、 乳化液深度處理實驗-芬頓實驗 Fenton 試劑即過氧化氫與亞鐵離子的結(jié)合 , 是一種特效氧化劑 , 其氧化電極電位高達 2.80 V; Fen 2ton 試劑催化氧化用于工業(yè)廢水處理已有三十年歷史 , 他最早用于處理苯酚和烷基苯廢水 1 。該氧化劑具有極強的氧化能力 , 適用于難降解有機廢水的處理 , 而且對那些有毒有機物和三致物 2 具有很好的分解能力。近年來 , 有關(guān) Fenton 試劑處理有機廢水的研究較多 , 如紡織印染廢水 3 , 有機合成芳胺廢水 4 等。日本在這方面已有部分專利面世 1 。本文就機械加工清洗產(chǎn)生

6、的乳化廢水的氧化實驗作詳細介紹。1 實驗部分1) 廢水來源本實驗采用的乳化廢水是 廢液。 COD 濃度為 20000 100000mg/L;試驗 COD 50540mg/L , 試驗用原水pH值 9.35;2) 試劑及測試方法 雙氧水、綠礬 ( 硫酸亞鐵 ) 用水等為分析純試劑 ,COD 采用標準法測定 ,3) 實驗方法 水樣 100mL 于 250mL 三角燒瓶 , 用硫酸調(diào)節(jié)原水pH值 , 投加綠礬后 , 加入雙氧水 , 置于搖床內(nèi)振蕩 , 振蕩速度 200 r/ min , 反應(yīng)完成后靜置 30 min取樣。2 實驗結(jié)果與討論 : 影響有機物去除的重要因素有雙氧水投量 , 原水pH值 ,

7、 反應(yīng)時間等 ; 本實驗針對這四方面考察了Fenton 氧化反應(yīng)規(guī)律 ; 為求得最佳反應(yīng)條件 , 首先考慮三因素三水平正交實驗。 ( 見表1)3 正交實驗結(jié)果分析:雙氧水投量選擇 50 % 、 100 % 、 150 % Q th ( Q th 為與 COD 表征的有機物氧化化學(xué)當量 ; Fe 2 + 投量不僅與雙氧水量有關(guān)還與原水種類有關(guān) , 由條件預(yù)備實驗確定出較佳的 Fe2 + 投量接近0.1 COD , 即 Fe2 + /H 2 O 2 為 1 20 左右 ; 反應(yīng)時間確定 2 h 。正交實驗結(jié)果如下 : 由正交實驗結(jié)果分析 , 三因素中最為顯著的當數(shù)雙氧水投量 , 其次是pH值 ,

8、再次是綠礬投量。從數(shù)據(jù)變化趨勢來看似乎呈相同的遞增態(tài)勢 , 但結(jié)合實際 , 第二個數(shù)據(jù)水平 COD 去除率已經(jīng)高達 88 % , 再增加雙氧水和綠礬投量 , 有機物分解率增加不多 ; 第二個數(shù)據(jù)水平就可以認為是較為理想的條件 ; 唯有pH值的影響趨勢是于我們更有利 , 原水的pH值9.35 較高 , 有利于 Fenton 氧化 ; 這似乎同文獻報道的Fenton 試劑最佳作用條件 pH 3.0 有所不符 , 但是當向水樣中投加藥劑后 , 根據(jù)實驗測定 , 即使不調(diào)節(jié)原水pH值 , 體系的pH值也會降低至 2.5 左右 , 而后體系的pH值一直維持在 2.5 左右 ( 見圖 5) ; 這一結(jié)果又

9、是同文獻報道的結(jié)果相一致。也就是說 , Fe2 + -H2 O2 的加入使反應(yīng)體系pH值下降至最佳pH值附近是導(dǎo)致pH值影響不顯著的重要原因。為更精確地尋求反應(yīng)規(guī)律 , 我們進行如下單因素實驗。4 單因素實驗分析1) 原水pH值的影響 : 固定雙氧水投量在 100%Q th , 綠礬 (FeSO 4 · 7H 2O)投量 2.482 g(Fe2 +/H 2 O 2 = 1 20)反應(yīng) 2 h , 結(jié)果如圖 1 所示 :在本實驗中 , 原水pH值較低或不調(diào)pH值 ,COD去除率較高 ,pH 值為 6.0 左右 COD 去除率最低 , 但從整體來看 ,pH 值對有機物氧化反應(yīng)的影響并不明

10、顯 , 總體差異很小。而且 , 在原水不進行pH調(diào)節(jié)時COD 去除率呈現(xiàn)出最高水平。 圖4 原水pH對有機物去除影響 2) Fe 2 + 投量的影響 圖5 為摸索 Fe 2 + 投量的影響規(guī)律 , 固定雙氧水投量100 % Q th(2.0COD) , 原水不調(diào)節(jié)pH值 , 反應(yīng) 2 h , 亞鐵離子同過氧化氫的比例折算成同 COD 之比 , 實驗結(jié)果見圖 5 。由上圖 , 亞鐵投量在 0.075COD(1.863 g ) 時達到最高的有機物去除效果 , 此時 Fe 2 + / H 2 O 2 為 1 28; 亞鐵投量不足或過高均會使有機物去除水平下降。在亞鐵投量極低時 , (0.025COD

11、) 出現(xiàn)負去除現(xiàn)象 , 即反應(yīng)后的水中 COD 濃度高于初始 COD 濃度 ,一個很好的解釋就是乳化廢水屬于難降解廢水也是難以化學(xué)氧化的廢水 , Fe 2 + - H 2 O 2 體系產(chǎn)生的羥自由基 HO ·具有強氧化能力 , 它能氧化絕大多數(shù)的有機物 , 特別是芳香族化合物易被 HO ·開環(huán) , 變成易于氧化的大分子有機物 , 這樣測得的有機物濃度比初始 COD 值要高 ; 經(jīng)過多次反復(fù) , 情形仍然如此。由此可以看到 Fenton 試劑的應(yīng)用潛力。3) 雙氧水投量的影響 圖6 保證 Fe 2 + 投量為最佳水平 0.075COD(1.863 g) ,使用原水不調(diào)節(jié)pH值

12、 , 結(jié)果如圖 6 所示。隨著雙氧水投量的增加 , COD 去除率呈上升趨勢 , 但也并不是多多益善 , H 2 O 2 投量超過 100 % Q th(2.0COD) 時 , COD 去除率反而有所下降 ; 這可解釋為當過氧化氫量過多時 , 在亞鐵離子的催化作用下產(chǎn)生的羥自由基濃度較高 , 易發(fā)生自分解而變成水和氧 , 這樣就沒有達到充分利用于分解有機物的目的 , 耗費了大量 H 2 O 2 。因此 , 最佳投量還是 100 % Q th(2.0COD) , 此時 COD 去除率為 91 % 。4) 反應(yīng)時間的影響 反應(yīng)時間也是重要的影響因素 , 在沒有催化劑時氧化反應(yīng)的發(fā)生極為緩慢。甚至難

13、以觀察檢測。加入適量催化劑可以改變反應(yīng)途徑 , 加快反應(yīng)速度。從COD 降解規(guī)律來看 , 該反應(yīng)過程同其他催化反應(yīng)類似 , 仍然存在有機物分解的誘導(dǎo)過程 ; 反應(yīng)初期速度較慢 , 約 1.0h 后反應(yīng)速度急劇上升 , 如圖 4 所示 :反應(yīng)進行 0.5h 時出現(xiàn)負去除率 (COD 稍有增加而 TOC 有所減少) ,實際上說明有機物沒有真正去除 , 而是由難以分解的變成易于氧化分解的有機物 ;因而可以認為 COD = 0; 在反應(yīng)進行到 1.5h , 已有大部分分解 ( COD = 75.2 %) ; 反應(yīng) 2.0 h 后 , 有機物分解比較緩慢。圖 8 是體系pH值隨氧化反應(yīng)時間的變化規(guī)律 ;

14、 開始一段時間 , 氧化反應(yīng)產(chǎn)酸使體系pH值下降 , 而后有機酸開始被氧化使得pH值有所回升 ,最后pH值的下降可以推測是生成更穩(wěn)定的甲酸和乙酸造成。5 反應(yīng)機理與動力學(xué)淺析 Fenton 氧化機理屬于典型的自由基反應(yīng)過程 ,在 Fe 2 + 的催化作用下 , 過氧化氫分解產(chǎn)生羥基自由基引起有機物自由基鏈引發(fā)、鏈傳遞、以及鏈終止 ; 羥基自由基將大分子有機物分解為有機小分子、CO 2 、 H2O；部分有機自由基發(fā)生聚合形成易于沉降的大分子 , 在綠礬水解產(chǎn)物的絮凝作用下沉淀下來。有關(guān)其反應(yīng)機理的報道較多 , 在此不再重復(fù) ; 下面就其反應(yīng)動力學(xué)過程略做介紹 : 在最佳投量(H2O2為 2.0C

15、OD , Fe 2 + 為 0.075COD) , 該過程符合準一級動力學(xué)模型 , 即反應(yīng)過程可以劃分為兩個階段 , 每一階段均為一級反應(yīng) , 各自存在不同的速率常數(shù) 由圖 9 可以看出 , 反應(yīng)開始速率較高 ( 速率常數(shù)為 1 1 142 3) , 而且非常符合一級反應(yīng)規(guī)律 , 其相關(guān)系數(shù)達 0.997 3; 反應(yīng)發(fā)生到 1.5h 后速率明顯變慢 ( 速率常數(shù)為 0.124 4, 相關(guān)系數(shù)為 0.856 7) , 有機物去除總量下降很多 ; 這種自由基反應(yīng)歷程的特點對于工程實際是很有意義的。參考：（1） 芬頓試劑的反應(yīng)機理 Fenton 技術(shù)所應(yīng)用的Fenton 試劑之所以具有很強的氧化能力

16、， 是因為其中含有Fe2+和H2O2，H2O2被亞鐵離子催化分解生成羥基自由基（·OH），并引發(fā)更多的其他自由基，其反應(yīng)機理如下： Fe2+H2O2Fe3+OH- +·OH Fe3+H2O2Fe2+HO2·+H+ Fe2+·OHOH-+Fe3+ RH+·OHR·+H2O R·+Fe3+R+Fe2+ R+O2ROO+CO2+H2OFenton 試劑處理有機物的實質(zhì)就是羥基自由基與有機物發(fā)生反應(yīng)。（2） 芬頓試劑的分類1 標準芬頓試劑 標準芬頓試劑是由H2O2 和Fe2+ 組成的混合體系, 它通過催化分解H2O2 產(chǎn)生的

17、3;OH 進攻有機物分子奪取氫, 將大分子有機物降解為小分子有機物或礦化為二氧化碳和水等無機物。該系統(tǒng)的優(yōu)點是: 在黑暗中就能降解有機物, 節(jié)省了設(shè)備投資。主要缺點為: 反應(yīng)速率較慢, H2O2的利用率低, 有機物礦化不充分, 處理后的水可能帶有顏色, 較難應(yīng)用于飲用水的處理。2 光-芬頓試劑 針對標準芬頓法過氧化氫的利用率低、有機物礦化不充分等缺點, 人們把光照(紫外光或可見光)引入標準芬頓體系, 形成了光-芬頓試劑。反應(yīng)體系在光的照射下, 可以提高其處理效率和對有機物的降解程度, 降低Fe2+ 的用量, 保持H2O2較高的利用率。光-芬頓試劑具有很強的氧化能力, 對有機物礦化程度較好, 但

18、其缺點是處理費用較高。隨著對芬頓法的進一步研究, 人們把草酸鹽引入光-芬頓體系中, 發(fā)現(xiàn)草酸鹽的加入可有效提高體系對紫外線和可見光的利用效果。3 電-芬頓試劑 電-芬頓試劑就是在電解槽中通過電解反應(yīng)生成H2O2 或Fe2+ , 從而形成芬頓試劑, 并讓廢水流入電解槽, 由于電化學(xué)作用, 使反應(yīng)機制得到改善, 從而提高了試劑的處理效果。該法綜合了電化學(xué)反應(yīng)和芬頓氧化, 充分利用了二者的氧化能力。它與光-芬頓法相比自動產(chǎn)生H2 O2的機制較完善。導(dǎo)致有機物降解的因素較多, 除·OH 的氧化作用外,還有陽極氧化、電吸附等。（3） 芬頓試劑的影響因素根據(jù)上述Fenton試劑反應(yīng)的機理可知，O

19、H ·是氧化有機物的有效因子，而Fe2+、H2O2、OH-決定了OH·的產(chǎn)量，因而決定了與有機物反應(yīng)的程度。影響該系統(tǒng)的因素包括溶液pH值、反應(yīng)溫度、H2O2投加量及投加方式、催化劑種類、催化劑與H2O2投加量之比等。（4） 試驗部分1.試劑和廢水試劑: 雙氧水( 30%) 、綠礬( 七水硫酸亞鐵) 、氫氧化鈉、濃硫酸均為分析純;試驗水質(zhì): 試驗用水取自 乳化廢水破乳后處理的水樣，水質(zhì)特征: pH 值為 ，CODCr為 mg /L，BOD5為 mg/l色度為 度。2.試驗方法取破乳后最佳的處理水樣300 mL 水樣（下簡稱廢水）置于500 mL 燒杯中，記錄其水質(zhì)各項指標，

20、用H2SO4或NaOH 調(diào)節(jié)pH 值，再向廢水中加入一定量的硫酸亞鐵和雙氧水，迅速混合，反應(yīng)一段時間后取出，調(diào)節(jié)其pH 值至中性，取上清液進行分析，采用國家標準分析方法測定COD 和色度。3. 處理工藝流程（5） 結(jié)果與討論1 反應(yīng)時間與色度、CODCr去除率的關(guān)系試驗條件: 初始CODCr = 110 mg /L，色度= 100倍，pH = 5 00，F(xiàn)eSO4投加量= 400 mg /L，30% H2O2投加量= 200 mg /L，通過調(diào)節(jié)停留時間來調(diào)節(jié)反應(yīng)時間。試驗結(jié)果見圖4。 圖4 反應(yīng)時間與色度、COD 去除率的關(guān)系由圖1 可知，在前30 min 內(nèi)，CODCr和色度的去除率隨反應(yīng)

21、時間的延長而增加，而30 min 后，CODCr和色度的去除率趨于平緩。這表明，反應(yīng)前段時間主要是生成新生態(tài)的·OH，反應(yīng)一段時間隨著生成·OH 量增多，這時分解破壞一些難分解的有機物占主導(dǎo)地位，反應(yīng)后期，隨著·OH 量的減少和難降解物質(zhì)的減少，CODCr的去除率趨于穩(wěn)定。2 pH 值對色度、CODCr去除率的關(guān)系試驗條件: 初始CODCr = 110 mg /L，色度為100倍，F(xiàn)eSO4投加量為400 mg /L，H2O2投加量為200mg /L，通過往造紙廢水中加硫酸調(diào)節(jié)廢水的pH 值。試驗結(jié)果見圖2。 圖2 反應(yīng)pH 值與色度、COD 去除率的關(guān)系由圖2 可知，pH = 5 時，CODCr和色度的去除效果最好，過高或過低的pH 使CODCr和色度的去除效果都有一定的下降。這主要跟Fenton 試劑的作用機理有關(guān)，H + 濃度高，對Fenton 反應(yīng)有抑制作用，影響Fe2 + 的催化再生及·OH 的產(chǎn)生; 當pH 較高時，不僅抑制了·OH 的產(chǎn)生，同時也會使Fe2 + 和Fe3 + 生成氫氧化物沉淀而降低或失去催化作用; 同時較高的pH 值也能使H2O2產(chǎn)生無效分解，降低氧化效率。3 FeSO4投加量對色度、CODCr去除率的關(guān)系試驗條件: 初始CODCr = 110 mg /L，色度= 1