复合高铁酸盐在焦化废水脱色中的应用研究樊耀亭

第30卷第1期2。。4年2月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.30No.lFeb.,2003复合高铁酸盐在焦化废水脱色中的应用研究樊耀亭,张峻,林琳,董大伟,刘铃(郑州大学化学系,河南郑州450052)摘要:复合高铁酸盐用于处理经生化处理后不能达标的焦化废水的深度脱色处理,废水色度可从80降至25以下。复合高铁酸盐脱色的适宜条件为:复合高铁酸盐浓度1.7mg/L,溶液pH值3.5一7.0,反应时间30min,反应温度室温。关键词:复合高铁酸盐;焦化废水;脱色中图分类号:X7o3文献标识码:A文章编号:1000一3770(2004)01一0036一03我们在系统研究了复合高铁酸盐脱除焦化废水中氨氮的基础上,进一步考察了复合高铁酸盐在焦化废水处理中对色度的脱除作用;系统考察了影响复合高铁酸盐脱色的主要影响因素,取得了良好的实验结果。1实验1.1仪器及分析方法主要仪器:HP一8453型紫外一可见分光光度计,pH一6071型微电脑数字式酸度计,六联电动搅拌器等。分析方法:色度分析用直接分光光度法测定(以蒸馏水为参比,用IOrlm比色皿在41Onm处测定水样的吸光度值,脱色率一仁(AI一AZ)/A:〕只100%,其中:注,为原始水样的吸光度值,A:为处理后水样的吸光度值。LZ主要试剂复合高铁酸盐溶液按文献方法制备口2宜,其余试剂均为分析纯。焦化废水:实验所用水样为经生化处理后不能达标的焦化废水系统排放水(CODcr一159,6mg/LpH~7·O,色度一80),由安阳钢铁集团焦化分厂提供。1.3实验方法取100ml才焦化废水,按实验要求加入一定量的复合高铁酸盐溶液,25C恒温,搅拌smin后,静置3omin,抽滤,除去固体沉淀物,取清液分析溶液色度。2结果与讨论2.1助剂A对高铁酸盐稳定性的影响我们试图在高铁酸盐溶液中通过添加少量助剂A,抑制或延缓高铁酸根的分解速度,进而有效缓解高铁酸根的自催化分解过程,使其稳定性得到提高,储存期延长。在ZOml刁新制备的高铁酸盐溶液中,按助剂A/高铁(V/V)一1:19的比例加人助剂A(10%浓度),室温(25C)下搅拌使其混合完全。在OC和25C下,分别测定了加与不加助剂A对高铁分解率随时间的变化,实验结果和条件如图1及表1所示。由实验结果可知,环境温度及高铁酸盐初始浓度对于高铁的稳定性都有较大的影响。低温对高铁的分解有抑制作用,这是因为化合物的水解为吸热反应,降低温度将不利于水解反应的进行,因此当初始浓度相同时,OC下高铁的分解率(4”曲线)要小于25C下的高铁分解率(2”曲线);但当环境温度相同时,不同初始浓度的高铁酸盐溶液其分解率也大不相同,3”和4”的放置温度均为OC,但由于3”高铁溶液的初始浓度为4”的2倍,因此,3”曲线位于收稿「l期:2。()2一断16基金项日:国家自然科学基金资助项目`2017104。);河南省科技攻关项目(。1242。。21())DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2004.01.011樊耀亭等,复合高铁酸盐在焦化废水脱色中的应用研究4“曲线的上方,即3#溶液的分解率要大于4“溶液的分解率。时间(卜)图1温度及初始浓度对高铁分解速率的影响表1固定实验条件编编号号l###2律律3诊诊4。。TTT(C)))25552555000000AAA/高铁(V/V)))000l:19990001:1999高高铁起始浓度(molI/)))0.03713330.03665550.07314440.0369999COcDr=15,.6mg/L)加人不同量的复合高铁酸盐,室温下(25C)反应smin,静置30min,测得高铁酸盐加人量对脱色率的影响示于图2。由图2结果可以看出,当其它条件恒定时,脱色率随高铁加人量的增加而增加。当高铁加人量达8.gmg/L时,脱色率达最大值(74%),但进一步增加高铁用量,脱色率没有明显变化。实际上,当废水色度小于或等于50时,已达到国家允许排放标准,肉眼已观察不到废水的颜色。焦化废水经过蒸氨和生化处理后的系统排放水呈浅棕黄色,色度(80)不能达标,并伴随一定刺激性气味。上述废水经高铁处理后,色度从80降至20.8,已远远低于国家排放标准。高铁对焦化废水的脱色作用是由于高铁的强氧化性。焦化废水中的芳香胺等有机发色基团被高铁氧化分解后,进一步被高铁的分解产物Fe(OH),和Fe3+电中和、絮凝沉降后而被除去。研究表明,高铁不仅能将芳香胺氧化为硝基或含氮化合物,还可选择性的氧化醇、苯、甲基胺、苯硫酚、苯胺等有机化合物巨3〕。2.3pH值对脱色率的影响当其它条件恒定时,pH值对废水脱色率的影响见图3。ǎ狄à针共令裔铁映很e,l,,,,。/;裔铁映极c-几.1..闪L/864ǎ狄à哥切琪幽日`6甲卜1占4óOJó口2由图可以看出,3”曲线甚至位于1”曲线的上方,这说明在一定的浓度及温度范围内,浓度对高铁分解率的影响要大于温度的影响。另外图1中曲线1“位于曲线2”的上方。说明与不加助剂的高铁溶液相比(曲线1”),加助剂A(曲线2”)后,高铁的分解率随时间的增加呈减缓趋缓。在ZOh内,两者的分解率差异不大,其后,随着时间的增长,曲线1的分解率随着放置时间增加。并呈线性增加的趋势。例如:放置15Oh时,曲线1的分解率为22%,放置285h时,分解率达32%;加人助剂A后,高铁分解率明显趋缓。例如:高铁放置15Oh时分解率为7%,放置28h5时,分解率为20%,实验表明在高铁中加人适量添加剂A可以明显改善高铁的稳定性。2.2高铁加入t对脱色率的影响64(\Jǎ从à针奎辉侧扣“岔一一考一一.峨产一F。O岌一浓度`内9/L,图2高铁酸盐加入量对系统排放水中色度脱除的影响分别在100mIJ上述废水中(pH一7,色度一80,图3pH变化对高铁脱除焦化废水色度的影响图3结果表明:在pH值小于3.5和大于7.5的条件下,脱色率随pH的增加而急剧降低;在pH为4.0一7.5范围内,脱色率趋于一个较稳定的范围内,与pH值的变化关系不大。在酸性条件下,FeO(-具有很强的氧化能力,其氧化还原电位E。一2.ZV。高铁氧化分解后生成的Fe(OH)3和Fe3+具有电中和、吸附和絮凝等协同作用。因而脱色效果显著。但在碱性条件下,Feo犷的氧化还原电位E“一0.72V,其氧化能力显著降低,脱色效果急剧下降。一一~一侧~`一`~~~`汤一—一—一水处理技术第30卷第1期虽然提高溶液酸度可以显著提高废水的脱色率,但在实际应用中,废水处理的pH值应保持在近中性范围(pH一5一7)内,在该pH范围内仍可达到较好的脱色效果。如果过度提高废水酸度,不仅使废水处理成本增加,也不符合环保部门对废水排放的pH要求。2.4反应时间对脱色率的影响图4为焦化废水V~IOOmIJ,pH~7.0,色度-80,eF;()一加入量为。.726mg/L时,脱色率随时间的变化曲线。结果表明,在脱色开始阶段(0一25min)脱色率随着氧化时间的延长而逐渐增加,25min后脱色率基本趋于稳定,继续延长氧化时间,脱色率没有明显增加。例如:氧化时间从15min增加到2:,min时,脱色率从14.4%增至19.45%。当氧化时间为75min时,脱色率为22.61%,与氧化30mir时的脱色率差异不大。为保证脱色安全,氧化时间选用3Omin为宜。脱色反应时,温度对高铁脱色率的影响不大。但在该温度范围内,升高温度可以使反应速度加快,分子运动的动能增加,提高了废水中污染物胶体颗粒和细微悬浮物的碰撞几率,促使胶体颗粒团聚成粗大絮凝体从废水中沉降下来,使脱色时间缩短。但过高的反应温度(高于SOC)加快了高铁的分解过程,导致脱色下降。因此,高铁脱色温度应在室温下进行为宜。3小结在新鲜制备的复合高铁酸盐溶液中,加人适量添加剂A可使高铁的稳定性得到明显改善,储存时间增加。复合高铁酸盐用于经生化处理后色度不能达标的焦化废水(系统排放水)的深度脱色处理时,废水色度可以由80降至25以下,大大低于国家规定的排放标准。高铁酸盐用于焦化废水深度脱色处理的适宜条件为:复合高铁酸盐加人量1.7mg/L,pH一3.0一7.5,脱色温度为室温,氧化时间3Omin。参考文献:ǎ狄à针扣碳门一Jǐwe一习!一110八乃尸lì厂J二广|ìSCé时间(m!。)图4氧化作用时间对高铁脱除焦化废水色度的影响实验也证明,在较低的温度下(低于50C)进行冉春玲,樊耀亭,等.复合高铁酸盐脱除焦化废水中氨氮的研究〔J皿.水处理技术,2002,28(6):360一362.贾汉东,等.高铁直接分光光度法测定〔J」.分析化学,1999,27(5):617.MDJohnson,JHornstein.Unexpeetedseleetivityinox一dationofarylamineswithferrate一Prelimi-narymeehanistiCConsiderations[J」.ChemCommun,1996,8.965一966.APPLICATIONOFFERRATEOFTHECOCKINGINTHEDECOLOURATIONWASTEWATERFANYao一ting,ZHANGJun,IJINI才in,DONGDa一wei,IJIUZhe(DeParrm召ntof`hem;st秒,ZhengzhouUn,:,尸rs;t夕,Zhengzhou450052,C人i,,a)Abstract:Thestabilityoftheeompoundferrate,theinflueneesoftheeoneentrationoftheeompoundfer-rate,pHvalue.reaetiontimeandtemperaturewerestudiedinthedeeolourationoftheeoekingwastewa-ter.TheexPerimentresultsindieatedthattheadditiveAeanobviouslyimProvethestabilityofthesolutlonofthefresheompoundferrate.Theeompoundferrateexhibitedexeellentdeeoloranteffeetinthedeeolonra-t,onoftheeoekingwastewater.TheeolorityofthetreatedeoekingwastewaterwaslowerthanGBstan-dardofdisehargewater.Keywords:ferrate;eoekingwastewater;deeolouration