微電解工藝處理sdbs廢水的研究

微電解工藝處理sdbs廢水的研究

0合成洗滌劑生產(chǎn)原理及微電解工藝隨著工業(yè)和家庭對(duì)清潔材料的需求增加，洗衣粉廢水的排放量和環(huán)境的損害也在增加。目前使用的合成洗滌劑多屬陰離子表面活性劑型,以直鏈烷基苯磺酸鈉(LinearAlkylbenzeneSulfonates,LAS)為主,其產(chǎn)量約占合成洗滌劑總產(chǎn)量90%左右微電解是近二十年來(lái)發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù),該工藝由于處理效果好、成本低廉、使用壽命長(zhǎng)、操作維護(hù)方便、占地面積小而被廣泛應(yīng)用1實(shí)驗(yàn)部分1.1金屬或金屬電極微電解工藝是基于金屬材料(鐵、鋁等)的腐蝕電化學(xué)原理,將兩種具有不同電極電位的金屬或金屬與非金屬直接接觸在一起,浸泡在傳導(dǎo)性的電解質(zhì)溶液中,發(fā)生電池效應(yīng)而形成無(wú)數(shù)微小的腐蝕原電池(包括宏觀電池與微觀電池)從而達(dá)到處理廢水的作用。1.2實(shí)驗(yàn)部分1.2.1微電解池的制備以廢鐵屑為陽(yáng)極,活性碳為陰極,將二者混合均勻后裝入反應(yīng)柱內(nèi)構(gòu)成微電解池。柱上端設(shè)進(jìn)水管,下端設(shè)出水管,底端設(shè)曝氣頭。反應(yīng)過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)水的流速來(lái)控制停留時(shí)間,如圖1所示。1.2.2sdbs-ro工藝1)用堿液浸泡Fe并微加熱除油,然后用5%的稀鹽酸浸泡去除表面氧化物,再用清水沖洗干凈。2)分別取上述已清洗干凈的Fe和焦炭混合均勻,后投加于內(nèi)置有曝氣頭的1.5L的柱形塑料瓶?jī)?nèi),有效容積為0.5L。3)取已配制好所需濃度的SDBS溶液,采用鹽酸或NaOH調(diào)節(jié)pH值至所需范圍。通過(guò)高位槽,含SDBS廢水自上而下通過(guò)微電解反應(yīng)器,同時(shí)打開(kāi)曝氣閥。反復(fù)潤(rùn)洗填料多次以排除炭的吸附干擾問(wèn)題。4)通過(guò)控制流速來(lái)調(diào)節(jié)停留時(shí)間,后取樣。5)取反應(yīng)后的水樣于500mL燒杯中(如需要,投加Ca(OH)1.2.3工配制廢水中sdbs溶液的配制由于工業(yè)廢水的不穩(wěn)定性,水樣采用人工配制的模擬廢水,按照要求配制好所需濃度的SDBS溶液作為處理對(duì)象。水樣中SDBS的測(cè)定:采用阻抑褪色光度法2sdbs的影響因素分析2.1最佳配比的確定雖然體積比和質(zhì)量比在一定程度上反映了鐵和炭接觸的程度,但實(shí)際中大部分應(yīng)用的是鐵屑或工程廢料,僅僅質(zhì)量或體積比并不能給工程上的應(yīng)用提供實(shí)際的參考。同時(shí),對(duì)不同水質(zhì),最佳鐵炭比也不相同。但由于試驗(yàn)條件限制,本實(shí)驗(yàn)通過(guò)堆積密度來(lái)對(duì)選取的鐵屑和活性炭顆粒表征。其中活性炭的粒徑在2~3mm,其堆積密度為0.847g/cm2.2ph值對(duì)sdbs的去除的影響為了研究pH對(duì)SDBS去除率的影響,配制了濃度為10000mg/L的不同pH值的SDBS溶液,比較各自在曝氣、空床停留時(shí)間(Emptybedcontacttime,BECT)為2h、鐵炭填料總體積為500mL條件下出水的pH和SDBS的去除情況。2.2.1ph值對(duì)sdbs處理效果的影響原水pH值對(duì)SDBS去除率的影響如圖2所示。從圖2可以看出:原水pH從3~11,其對(duì)應(yīng)出水的SDBS去除效率是高→低→高→低→高的趨勢(shì),在進(jìn)水pH為7時(shí)SDBS的去除效果最好。造成這種結(jié)果的原因是SDBS被降解時(shí)陰極和陽(yáng)極反應(yīng)機(jī)理的不同。微電解進(jìn)行中陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)和析氧反應(yīng),溶液中pH值的降低將會(huì)抑制析氧反應(yīng)發(fā)生;同時(shí),根據(jù)氧化還原電位,在陰極上產(chǎn)生的H2.2.2微電解反應(yīng)前后ph值的變化不同水樣反應(yīng)后出水pH值的變化如圖3所示。通過(guò)測(cè)定出水的pH值(如圖3)發(fā)現(xiàn):原水為酸性的反應(yīng)后pH普遍升高,原水為堿性的反應(yīng)后pH值普遍下降,最終pH均保持在5~7,這說(shuō)明微電解反應(yīng)整體上使進(jìn)水pH值趨向于中性。這在實(shí)際應(yīng)用中直接節(jié)省了調(diào)節(jié)pH所需的藥劑費(fèi)用。由于一般工業(yè)洗滌劑廢水pH偏酸性,調(diào)節(jié)pH至中性需要消耗大量的堿,在今后試驗(yàn)中我們直接模擬常規(guī)工業(yè)洗滌水,以進(jìn)水pH為3進(jìn)行研究。2.3sdbs的去除效果為了考察不同進(jìn)水濃度對(duì)SDBS的去除效率的影響,配制了不同濃度的SDBS溶液,在pH為3,空床停留時(shí)間為2h、鐵炭填料體積為500mL、曝氣條件下進(jìn)行微電解反應(yīng),分析其原水濃度與SDBS的去除效果,如圖4和5所示。2.3.1sdbs去除率原水濃度對(duì)SDBS去除效果的影響如圖4所示。從圖4可以看出:SDBS去除率先升高后降低且在500mg/L附近出現(xiàn)峰值。當(dāng)SDBS的初始濃度從50mg/L逐漸上升到500mg/L時(shí),SDBS去除率呈上升趨勢(shì),這是因?yàn)橛袡C(jī)分子在相對(duì)高的濃度推動(dòng)下更易向電極表面擴(kuò)散。后來(lái)隨著濃度的逐漸增加,在相同的電解條件下,SDBS去除率呈下降趨勢(shì)。造成這種現(xiàn)象的原因是當(dāng)SDBS初始濃度較高時(shí),反應(yīng)過(guò)程中生成的中間產(chǎn)物的氧化反應(yīng)有可能與SDBS的氧化反應(yīng)成為競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng),即電極反應(yīng)以中間產(chǎn)物氧化為主。2.3.2sdbs的絕對(duì)去除量隨原水濃度的變化通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出微電解對(duì)SDBS的處理能力與原水濃度的相互關(guān)系如圖5所示。雖然去除率隨著SDBS濃度的升高并非一致增大,但通過(guò)研究結(jié)果(圖5)可以發(fā)現(xiàn):其絕對(duì)去除量隨著進(jìn)水濃度的增加逐漸上升。這表明微電解反應(yīng)在固定填料體積的條件下,其處理能力與原水濃度成線性遞增的關(guān)系。隨著原水濃度的升高,其總?cè)ヌ幜恳仓饾u增大,在原水SDBS濃度為15000mg/L時(shí),SDBS去除量可達(dá)到5000~6000mg/L,而在此之后微電解對(duì)SDBS的去除量還有上升的趨勢(shì)。由此,可以對(duì)微電解的處理能力進(jìn)行專門的研究,以便使填料利用率達(dá)到最大。2.3.3不同投加石灰效果對(duì)sdbs的去除效果為了沉淀水中產(chǎn)生的鐵離子,對(duì)出水投加10%的石灰調(diào)pH值至8~10,攪拌均勻后待產(chǎn)生的黃綠色絮體沉淀后,取上清液測(cè)定其SDBS濃度,同時(shí)與水樣直接投加石灰、單純微電解進(jìn)行比較,其結(jié)果見(jiàn)圖6。從圖6可以看出:與單純投加石灰、微電解相比,微電解出水投加石灰后對(duì)SDBS的去除率明顯提高。盡管原水直接投加石灰對(duì)SDBS的去除也有一定的效果,但整體上效果較差,并且試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其靜沉?xí)r間至少需要12h,12h后水樣大部分依然是白色混濁,只有上端1/10部分呈清液,因此在實(shí)際工程中不宜直接采用石灰對(duì)含表面活性劑廢水進(jìn)行沉淀。而處理過(guò)的水樣加入石灰后產(chǎn)生大量黃綠色絮體,這說(shuō)明是微電解已經(jīng)對(duì)出水樣起到了氧化還原和絮凝作用,并且投加石灰后SDBS去除率明顯提高,尤其對(duì)于那些SDBS去除率相對(duì)低的出水,經(jīng)石灰中和沉淀后去除率提高的更為明顯。因此在微電解的出水中投加石灰是一種直接有效的處理方案。2.4投加石灰的影響在填料體積為500mL,原進(jìn)水SDBS濃度為500mg/L的條件下,分別對(duì)其進(jìn)行曝氣和無(wú)曝氣試驗(yàn),取樣后出水投加石灰后取上清液測(cè)定其結(jié)果如圖8所示。從整體上看,在投加石灰后有曝氣時(shí)SDBS的去除率比在無(wú)曝氣的情況下去除率要高。這是因?yàn)樵谖㈦娊鈱?duì)SDBS的降解過(guò)程中,首先為有機(jī)分子在濃度差的推動(dòng)下向電極表面擴(kuò)散的過(guò)程,即液相傳質(zhì)過(guò)程;其次是有機(jī)分子在電極表面滯留層的傳質(zhì)過(guò)程;最后是有機(jī)分子在電極內(nèi)部空隙中的傳質(zhì)過(guò)程。擴(kuò)散條件的改善對(duì)這前兩個(gè)步驟的傳質(zhì)速度會(huì)產(chǎn)生影響。微電解過(guò)程中,通過(guò)給反應(yīng)器通空氣不僅強(qiáng)化了廢水的傳質(zhì)過(guò)程,同時(shí)使反應(yīng)器從外界獲得更多的溶解氧,使體系更有利于H2.5反應(yīng)時(shí)間對(duì)sdbs的去除效果試驗(yàn)調(diào)節(jié)廢水在微電解柱中的空床停留時(shí)間分別為5,15,30,60,120min,同時(shí)保證其他實(shí)驗(yàn)條件相同(填料體積為500mL,進(jìn)水SDBS濃度為500mg/L,pH值為3,曝氣)的情況下,考察了反應(yīng)時(shí)間對(duì)有機(jī)物去除的關(guān)系如圖9所示。從圖9可以看出:隨著時(shí)間的延長(zhǎng),單純微電解出水SDBS去除率先增加后增勢(shì)逐漸減慢。尤其是1h后曲線斜率變小,說(shuō)明SDBS的去除率開(kāi)始增加緩慢。這是因?yàn)槌跏嫉囊欢螘r(shí)間內(nèi),體系中SDBS的濃度比較高,能夠快速擴(kuò)散到電極表面并且發(fā)生反應(yīng),隨著反應(yīng)的逐漸進(jìn)行體系中的大部分SDBS的結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞,單位時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散到電極表面的SDBS量減少,所以曲線趨于平緩。盡管反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)處理效果越好,但反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),反應(yīng)器的體積將會(huì)增大,增加工程投資。而投加石灰中和沉淀后,整體去除效率均保持在80%~90%,這說(shuō)明空床停留時(shí)間為5min時(shí)的微電解已經(jīng)使原水中難被混凝沉淀的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀壮恋淼奈镔|(zhì),從而達(dá)到較好的去除效果。3sdbs的降解機(jī)理表面活性劑在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域和人民生活中具有相當(dāng)重要的價(jià)值,但其主要成分SDBS對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染,且不易被降解,嚴(yán)重危害了自然界的和諧統(tǒng)一。本文主要以十二烷基苯磺酸鈉為研究對(duì)象,對(duì)微電解處理含SDBS廢水進(jìn)行了研究,并對(duì)其降解機(jī)理進(jìn)行了推斷,得出以下結(jié)論:1)微電解工藝對(duì)原水的pH值具有一定的調(diào)節(jié)作用,不同pH值的原水經(jīng)微電解處理后出水pH值均向偏中性轉(zhuǎn)化,其中在原水pH值為中性時(shí)處理效果最好。2)原水濃度從50mg/L升高到10000mg/L時(shí),SDBS去除率