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4废水处理废水处理工艺
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  屠宰废水一般都含有大量的油脂、血污、内脏杂质等有机物,COD较高,如果直接排放必然会引起水环境的破坏。目前国内对于屠宰废水的处理经常采用微生物处理的方法。但是由于屠宰废水水量和水质不稳定,随着屠宰数量和时间波动剧烈,同时COD较高,需要较长的工艺路线才能使其稳定和无害化,因此屠宰废水微生物处理工艺基建投资较大,运行维护难度大。近年来,高级氧化技术预处理有机废水的研究一直是关注的焦点,其中过硫酸盐活化技术通过过渡金属离子、紫外光、热等辅助条件可以产生氧化性很高的硫酸根自由基(·SO4-)。与羟基自由基(·OH)相比,·SO4-在中性条件下氧化性更高,多数有机污染物都能够被其完全氧化降解。但是该技术也存在加药量大,过硫酸盐消耗快,活化条件苛刻等缺点,同时这些问题也会导致其工艺运行费用较高。而电解辅助的方法可以将Fe3+过滤金属离子还原为Fe2+,达到持续维持体相中过渡金属离子催化剂浓度的目的,从而可以降低Fe2+投加量,降低过硫酸根无效分解速度,维持有机污染物降解反应持续稳定高效进行。因此电化学辅助Fe2+活化过硫酸盐具有一定的优势。
  1、实验部分
  1.1实验材料
  屠宰废水取自某禽类屠宰厂,原水含有大量油脂,呈深红色,COD为(3288±100)mg/L,pH为5.0±0.5。实验所用Na2SO4、Na2S2O8、FeSO4、H2SO4、NaOH等试剂均为分析纯。采用COD571型COD分析仪(上海精密科学仪器有限公司)进行COD的测试,采用pHS-3型酸度计进行pH的测试,电源为APS3003D直流稳压电源。
  1.2实验方法
  取250mL屠宰废水,放入电解槽中进行氧化降解实验,电解条件为:反应温度为室温,石墨板电极,电极间距2cm。调节原水pH、电解电流密度、Fe2+初始浓度、Na2S2O8投加浓度等实验参数,间隔30min取样测试废水COD变化,计算COD去除率,并确定最佳参数。反应动力学数据采用Origin8SR0(v8.0724)软件进行处理及拟合计算。
  2、结果与讨论
  2.1电解辅助Fe2+活化Na2S2O8工艺处理屠宰废水有效性验证
  实验首先验证了电解辅助Fe2+活化Na2S2O8的效果,结果如图1所示:



  当反应条件为[FeSO4]0=300mg/L,[Na2S2O8]0=200mg/L,电流密度=25.0mA/cm2,反应初始pH=2时,单独电解(采用Na2SO4作为支持电解质,[Na2SO4]0=200mg/L)经过240min的反应,废水COD去除率达到72.4%。而Fe2+活化Na2S2O8的处理效果更好,经过120min反应,废水COD去除率就达到了77.0%,但是随着时间继续增加,其COD去除率增加缓慢上升,240min后其COD去除率仅增加至77.3%。相比较前两种工艺,电解辅助Fe2+活化Na2S2O8工艺具有更好的反应效果,反应180min后其COD去除率可达97.8%。可见,电解辅助Fe2+活化Na2S2O8工艺对于屠宰废水的预处理具有较好的效果。
  从实验结果还可以看出,Fe2+活化Na2S2O8工艺降解高效的时间较短,反应120min以后,其氧化效果十分有限,这主要是由于反应体相中氧化剂Fe2+的消耗速度很快,Fe3+活化Na2S2O8能力有限,最终导致Na2S2O8部分无效分解,因此随着反应时间的增加,有机污染物的降解效率受到了抑制。而电解辅助Fe2+活化Na2S2O8工艺则可以通过电化学反应使Fe3+部分还原为Fe2+,可以维持溶液体相中一定的Fe2+浓度,因此使反应高效时间延长,有机污染物降解效果有所提高。
  2.2电解辅助Fe2+活化Na2S2O8工艺处理屠宰废水的反应条件确定
  实验采用正交实验法来对电解辅助Fe2+活化Na2S2O8工艺处理屠宰废水的反应条件进行研究,反应时间为60min,确定FeSO4初始浓度、Na2S2O8初始浓度、电流密度和初始PH对废水COD的影响,采取4个水平,正交实验结果见表1:



  由极差R计算结果可知,影响屠宰废水COD下降的因素主次顺序为FeSO4初始浓度、Na2S2O8初始浓度、PH和电流密度。根据正交实验结果初步确定电解辅助Fe2+活化Na2S2O8工艺处理屠宰废水的最佳反应参数条件为:电流密度25.0mA/cm2,FeSO4初始质量浓度300mg/L,Na2S2O8初始质量浓度200mg/L,PH=2.0。
  2.3电解辅助Fe2+活化Na2S2O8工艺处理屠宰废水的反应动力学研究
  在电解辅助Fe2+活化Na2S2O8工艺处理屠宰废水过程中,产生的·SO4-和水相中的有机物分子作用,夺取其电子,使之得以氧化分解。根据反应速率理论,该氧化降解的动力学过程可用式(1)表示。



  式中:COD——废水COD,mg/L。
  c′——溶液中·SO4-的浓度,mg/L。
  k′——反应速率常数,min-1。
  m、n——反应级数。
  t——反应时间,min。
  由于生成的·SO4-寿命很短,可以瞬间夺取电子发生反应,因此c′可近似可作常数,则动力学方程又可表示为式(2):



  经过积分计算可得式(3)、式(4):
  ln(COD0/CODt)=kt(3)。
  ln(COD0/CODt)=0.014t(4)。
  式中:COD0——降解反应前废水COD,mg/L。
  CODt——反应t时刻废水的COD,mg/L。
  对实验结果进行拟合计算,结果如图2所示:



  其反应过程可以用一级反应动力学来描述,即符合式(4)的形式,其R2=0.9842,选取8个数据点进行拟合计算,上述表观速率的计算误差<0.0006,P<1.0×10-8,拟合直线差异极显著,模型线性符合。
  3、结论
  (1)电解辅助Fe2+活化Na2S2O8工艺处理屠宰废水具有较好的效果,在[FeSO4]0=300mg/L,[Na2S2O8]0=200mg/L,电流密度25.0mA/cm2,反应初始pH=2的条件下,经过180min的反应,其COD去除率可达97.8%,而相同条件下,电解氧化仅为67.1%,Fe2+活化Na2S2O8工艺仅为77.1%。
  (2)通过正交实验确定电解辅助Fe2+活化Na2S2O8工艺处理屠宰废水影响因素主次顺序依次为FeSO4初始浓度、Na2S2O8初始浓度、PH和电流密度。
  (3)表观动力学研究表明,电解辅助Fe2+活化Na2S2O8工艺处理屠宰废水COD降解符合一级反应动力学,反应条件下,其速率常数k为0.014min-1。
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