張 曼 耿世洲
(武漢中科水生環(huán)境工程股份有限公司,湖北 武漢 430064)
催化鐵內(nèi)電解法預(yù)處理苯酚廢水的試驗(yàn)研究
張 曼 耿世洲
(武漢中科水生環(huán)境工程股份有限公司,湖北 武漢 430064)
摘 要:以Fe投加量、鐵銅比、pH值為考察因素,通過單因素和正交試驗(yàn),確定各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的主次順序?yàn)椋簆H值>Fe投加量> 鐵銅比;最優(yōu)因素組合為:Fe投加量為250g/L,鐵銅比為6:1,pH值為3。
關(guān)鍵詞:苯酚廢水;內(nèi)電解;鐵銅比;正交試驗(yàn)
含酚廢水來源廣、危害大、治理難度高,是目前水污染控制中重點(diǎn)解決的有害廢水之一。在含酚廢水常用的處理方法中,萃取法、吸附法操作簡單,處理效率高,但是有產(chǎn)生二次污染、再生困難等問題;高級(jí)氧化法簡單、快速,但是處理成本昂貴。
催化鐵內(nèi)電解技術(shù)是一項(xiàng)操作管理簡單、能耗低的環(huán)境友好型污染治理工藝,作為一種預(yù)處理方法其可以明顯改善廢水的可生化性,顯示其在難降解有機(jī)廢水處理中的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
1 催化鐵內(nèi)電解工藝的降解機(jī)理
催化鐵內(nèi)電解降解有機(jī)物最基本的原理是電極腐蝕,即陽極鐵逐漸消耗的過程。鑄鐵是鐵和碳的合金,成分中除了純鐵還包括Fe3C及其它一些雜質(zhì)。雜質(zhì)成分形成微小顆粒散布在鑄鐵內(nèi)部,當(dāng)處于電解質(zhì)溶液中時(shí),因?yàn)槠鋼碛泻丸F不同的電極電勢,會(huì)形成無數(shù)個(gè)微小原電池,鐵逐漸被消耗。當(dāng)鐵屑和銅相接觸時(shí),又可以構(gòu)成宏觀原電池。基本電極反應(yīng)如下:
陽極:Fe→Fe2++2e, E(Fe2+/ Fe)=-0.44V
陰極:
酸性溶液 2H++2e→2[H] →H2, E (H+/ H2)=0V
酸性充氧溶液 O2+4H++4e→2H2O,E(O2/ H2O) =1.23V
中性或堿性溶液:
O2+2H2O+4e→4OH-, E(O2/ OH-)=0.40V
此外,還包括還原作用、鐵離子的絮凝作用、鐵鹽沉淀作用等。
2 試驗(yàn)部分
2.1 試驗(yàn)材料
苯酚模擬廢水:稱取苯酚0.2g溶于蒸餾水,定量轉(zhuǎn)移至1000mL容量瓶中,苯酚濃度為200mg/L。
鐵屑:車床加工廢料。
銅條:市售,純度達(dá)到99.9%以上。
2.2 測定指標(biāo)和分析方法
測定指標(biāo)為苯酚,采用4-氨基安替比林分光光度法。
2.3 實(shí)驗(yàn)儀器
電子天平;pH計(jì);分光光度計(jì)
2.4 試驗(yàn)過程
(1)稱取一定重量的鐵屑和銅條,置于250mL廣口錐形瓶內(nèi),混合均勻。
(2)向錐形瓶內(nèi)加入200ml苯酚廢水。
(3)將錐形瓶放入搖床,以100r/min常溫下反應(yīng)90min。
(4)反應(yīng)結(jié)束后,調(diào)節(jié)溶液pH值到9以上,靜置,取上清液測定苯酚濃度.
3 結(jié)果和分析3.1單因素試驗(yàn)3.1.1 Fe投加量對(duì)去除效果的影響
設(shè)置鐵銅質(zhì)量比為4:1,保持原水pH不變(200mg/L的苯酚廢水的pH值為6.5左右),鐵屑加入量依次為5g,10g,20g,30g,40g,50g。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。
圖1鐵屑投加量對(duì)苯酚去除率的影響
圖2鐵銅質(zhì)量比對(duì)苯酚去除率的影響
圖3 pH值對(duì)去除效果的影響
圖1表明,苯酚去除率隨著Fe投加量的增加而增大。這是因?yàn)镕e投加量的增多使得體系中Fe2+增多,從而使原電池?cái)?shù)目相應(yīng)的增加,苯酚去除效果也逐漸變好。隨著Fe加入量的增大,苯酚去除效率增加的趨勢變緩。綜合經(jīng)濟(jì)因素的考慮,適宜的Fe加入量取40g,即200g/L。
3.1.2 鐵銅比對(duì)去除效果的影響
設(shè)置Fe投加量為40g,變量因素鐵銅比通過改變Cu的用量來體現(xiàn),鐵銅比的取值依次為 2∶1,4∶1,6∶1,8∶1,10∶1,15∶1。結(jié)果如圖2所示。
圖2顯示,隨著鐵銅比的增大,苯酚去除率先升高后降低。這是因?yàn)樵阼F銅比較小時(shí),F(xiàn)e的含量相對(duì)較少,體系中原電池?cái)?shù)目較少;鐵銅比的增大增加了Fe和Cu的接觸面積,體系中原電池的數(shù)目增多,苯酚去除率隨之增大;但是當(dāng)鐵銅比達(dá)到一定值以后再增大,苯酚去除率反而降低,因?yàn)榇藭r(shí)Cu的量較少,體系中原電池?cái)?shù)量不足。最佳鐵銅比值為6∶1。
3.1.3 pH值對(duì)去除效果的影響設(shè)置Fe投加量為40g,鐵銅比為6∶1,水樣的pH值依次為3,5,7,9,11,13。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。從圖3看出,隨著pH的升高苯酚去除率逐漸降低。這是因?yàn)閜H越低,鐵銅形成的原電池電極電位越高,電極反應(yīng)越容易進(jìn)行;陽極Fe的溶出速度加快,更多的Fe2+不斷補(bǔ)充到體系中;同時(shí)酸性越強(qiáng),F(xiàn)e與H+越易發(fā)生置換反應(yīng),生成更多的新生態(tài)[H],增強(qiáng)系統(tǒng)的還原能力。綜合以上原因,確定在pH為3時(shí)反應(yīng)進(jìn)行的最為順利。
3.2 正交試驗(yàn)
以Fe投加量、鐵銅比
及pH值為考察因素,以苯酚去除率為指標(biāo),作三因素三水平正交表,見表1。
在表2中,由于RC> RA> RB,所以各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的主次順序?yàn)椋簆H 值>Fe投加量> 鐵銅比;對(duì)于Fe投加量這一因素來說,因?yàn)镵3> K2> K1,所以第3水平為最優(yōu);同理,因素B的最佳水平為第2水平,因素C為第1水平。因而本試驗(yàn)最優(yōu)水平組合為A3B2C1。
4 結(jié)論
通過研究分析得出:
(1)在給定的水平下,三種因素對(duì)Fenton反應(yīng)處理苯酚廢水影響的主次順序?yàn)椋簆H值>Fe投加量> 鐵銅比。
(2)正交試驗(yàn)得出最佳因素組合為:Fe投加量為250g/L, 鐵銅比為6:1,pH值為3。
表1 正交試驗(yàn)因素水平
表2正交試驗(yàn)分析與結(jié)果
參考文獻(xiàn)
[1]趙天亮,寧平,陳芳媛.含酚廢水治理技術(shù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境與健康雜志,2007,24(08):648-649.
[2]湯心虎,甘復(fù)興,喬淑玉.鐵屑腐蝕電池在工業(yè)廢水治理中的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理,1998,18(06):4-6.
[3]Janda V, Vasek P, Bizova J, et a1.Kinetic Models for Volati1e Chlorinated Hydr0carbons Removal by Zerovalentiron[J].Chemosphere, 2004, 54:917-925.
中圖分類號(hào):X703
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A