絮凝—微電解法處理DDNP廢水實驗研究*

林立君 賀 君

大慶石油學院秦皇島分院 燕山大學環(huán)境與化學工程學院

(河北秦皇島，066004) (河北秦皇島，066004)

引言

二硝基重氮酚是苯酚的硝基衍生物，簡稱DDNP。它作為主要的起爆藥被廣泛地應(yīng)用在各種火工品中，特別是大量應(yīng)用在工業(yè)爆破雷管中。在DDNP的生產(chǎn)過程中，每生產(chǎn)1 kg產(chǎn)品大約產(chǎn)生200～250 kg廢水，廢水中含有二硝基重氮酚、硝基化合物、硫化物、硫代硫酸鹽、酚類等很多有害物質(zhì)，如不加處理直接排放就會污染環(huán)境，危害居民健康[1-2]。目前，一般采用的處理方法有:

(1)活性炭、磺化煤等多孔性物質(zhì)吸附法，成本高、且處理不完全。

(2)電解還原分解法，耗電量大，成本高。

(3)生化法，微生物的生存、繁殖、活動規(guī)律難以掌握。

(4)鍋爐蒸發(fā)法，腐蝕嚴重。

(5)氧化法，費用較高[3]。

因此，DDNP廢水處理一直是困擾生產(chǎn)廠家的嚴重問題。

本文研究采用絮凝—微電解法處理DDNP廢水，實驗主要探討了廢水酸度、FeCl3投加量、鐵屑粒度、過柱流速等因素對DDNP廢水COD去除率的影響[1]，優(yōu)選最佳工藝條件，為實現(xiàn)DDNP廢水的進一步生化處理提供條件。

1 反應(yīng)機理

1.1 酸化氣浮機理

向混合廢水中加濃硫酸，酸先中和廢水中的OH-，當pH值呈中性之后，酸電離出的H+開始與廢水中多種無機污染物進行反應(yīng)，不斷放出氣體，主要是H2S、S2O、NO等，并產(chǎn)生S沉淀，大部分沉淀可被氣泡吸附起到氣浮的效果。

1.2 絮凝機理

絮凝工藝主要通過投加FeCl3產(chǎn)生的絮凝過程達到對COD的去除。

投加FeCl3后，F(xiàn)e3+在水中離解，其水解產(chǎn)物兼有凝聚和絮凝兩種作用。Fe3+還可以水解生成Fe(OH)3膠體，其表面積很大，活性較高，可以吸附廢水中的懸浮顆粒，使呈分散狀態(tài)的顆粒形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，成為更為粗大的絮凝體而沉淀。

1.3 微電解反應(yīng)機理[1]

微電解處理廢水過程具有多種反應(yīng)機理，主要為電化學反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)和電凝聚作用。廢水中有機物的去除和脫色主要依靠新生態(tài)的[H]和新裸露的鐵原子所具有的反應(yīng)活性。

在電解質(zhì)中，鐵屑和碳粒形成微小原電池，鐵屑作為陽極被腐蝕消耗，碳粒作為陰極，發(fā)生反應(yīng)如下：

陽極過程：Fe-2e→Fe2+

陰極過程：2H++2e→2[H]→H2↑酸性介質(zhì)

O2+2H2O+4e→4OH-堿性介質(zhì)

新生態(tài)的[H]具有較高化學活性，能與溶液中的許多組分發(fā)生氧化—還原反應(yīng)。在酸性條件下，不斷進行鐵屑的電化學腐蝕,使大量Fe2+進入溶液，不但有效地克服陽極的鈍化，同時新生態(tài)的Fe2+也對偶氮性污染物有還原降解作用。Fe2+參與氧化—還原反應(yīng)后生成Fe3+，由于反應(yīng)后期溶液pH值升高，F(xiàn)e2+、Fe3+水解成鐵的絡(luò)合物，能對廢水中的其它膠體和懸浮物起到有效的吸附、凝聚及共沉淀作用。碳粒不僅具有很大比表面積，且其微觀表面上含有大量不飽和鍵和含氧活性基團，在相當寬的pH值范圍內(nèi)對有機物分子有吸附作用[4-5]。

2 材料與方法

2.1 DDNP廢水的來源及水質(zhì)

DDNP生產(chǎn)廢水主要來自還原、重氮化、洗滌工序、清洗工序、沖洗地面和設(shè)備等的排水。由于DDNP生產(chǎn)歷程短，各生產(chǎn)操作熟練程度不同，因而產(chǎn)生的廢水量有較大幅度的變化，并有接近體積比為1∶1的酸性和堿性兩股廢水，酸性廢水pH值在5～6之間，堿性廢水pH值在13～14之間。根據(jù)以廢治廢的原則，對酸堿廢水直接混合，混合后廢水pH值仍呈強堿性，且COD值在10000～12000 mg/L之間。

2.2 實驗儀器、藥劑與測定方法

實驗儀器：COD測試回流裝置；PHS—2型精密酸度計；柱式反應(yīng)裝置(自制)。

實驗藥品：濃H2SO4(分析純)；鑄鐵屑(石家莊某機械廠)；焦碳粒(石家莊某焦化廠)；石灰乳(5%)；FeCl3(分析純)。

測定方法：COD采用重鉻酸鹽法(GB11914—89)測定；pH值采用pH計測定。

2.3 實驗方法

2.3.1酸化處理

向混合后的廢水中加酸，調(diào)溶液的pH值為一定值。

2.3.2絮凝處理

向酸化后的廢水中加入適量的FeCl3，攪拌，靜置，然后過濾。絮凝后的上層清液作為下一步過柱的廢水。

2.3.3裝柱

鐵屑過濾柱采用內(nèi)直徑為25 mm，高度為610 mm的有機玻璃柱，裝填的濾料為廢鐵屑和焦碳混合物。將焦碳粉碎成粒度接近鐵屑的粒度，然后按鐵屑和焦碳比例為10∶1(體積比)混合均勻，裝柱進行實驗。

2.3.4過柱

總之，微課是對傳統(tǒng)教學模式的創(chuàng)新，在傳統(tǒng)的教學中起到了很好的輔助作用，有利于提高學生學習化學的興趣，有利于提高課堂的教學效率，有利于節(jié)省課堂教學時間，有利于培養(yǎng)學生的自主學習意識和能力.但是也必須認識到課堂教學必須以教師的講解為主，在適當?shù)臅r候進行穿插運用，對教學起到輔助作用.

取處理后的廢水，裝入高位水槽，采用逆流式過柱，即按一定流速從柱子底部進水，上部出水。廢水重復過柱4次，完成處理。

2.3.5中和

取過柱后的出水，用5%石灰乳調(diào)溶液pH值為8～9，過濾，測定廢水的COD值。

3 結(jié)果與討論

3.1 酸化pH值的確定

用濃硫酸調(diào)廢水pH值約為3時，現(xiàn)象突然異常顯著，產(chǎn)生大量刺激性的氣體，并形成沉淀，大部分沉淀一經(jīng)產(chǎn)生便有一部分被氣泡吸附，使得廢水表面浮現(xiàn)出大片黃棕色粘稠泡沫，酚鹽類有機物在酸性環(huán)境中脫去金屬離子與H+結(jié)合變?yōu)榉宇悾芙舛冉档?，析出部分沉淀。因此酸化廢水pH值確定為3。

3.2 FeCl3濃度的確定

選用粗鐵屑柱(2～3mm)，調(diào)混合廢水pH=3，分別加入濃度為1 g/L、3 g/L、5 g/L和7 g/L的FeCl3，控制相同的過柱流速為20 滴/分 ，COD去除率曲線如圖1所示。

圖1 FeCl3濃度與COD去除率的關(guān)系

由圖1可以看出，隨著FeCl3濃度的不同，COD的去除率明顯不同。當FeCl3濃度為3 g/L時，COD的去除率隨過柱次數(shù)的增多有一明顯的上升趨勢，而且，去除效果最好。因此，F(xiàn)eCl3的濃度確定為3g/L。

3.3 鐵屑粒度對廢水處理效果影響

選用粗鐵屑柱，調(diào)混合廢水pH=3，按加入濃度為3 g/L的FeCl3，預處理后的廢水再通過不同粒度鐵屑裝成的處理柱，控制過柱流速均為20 滴/分，COD去除率如圖2所示。

圖2 鐵屑粒度與COD去除率的關(guān)系

由圖2可以看出，鐵屑粒度在柱式反應(yīng)裝置中對廢水的處理效果相差不多，然而由于細鐵屑(0.5～1.0mm)空隙率較小，進水受阻力較大，導致廢水與鐵屑接觸不充分，且廢水與鐵屑形成的顆粒較小的沉淀物也更易積留在鐵屑柱內(nèi)，使鐵屑柱更容易老化，因此確定選擇粗鐵屑柱。

3.4 過柱流速的確定

選用粗鐵屑柱，調(diào)混合廢水pH=3，加入濃度為3 g/L的FeCl3，控制流速分別為20、40、60 和80滴/分 ，COD去除率如圖3所示；加入濃度為5 g/L的FeCl3，其余條件同上，COD去除率如圖4所示。

圖3 流速與COD去除率的關(guān)系

圖4 流速與COD去除率的關(guān)系

由圖3，圖4可以看出， FeCl3濃度控制分別為3 g/L和5 g/L的情況下，流速都控制在60 滴/分時，COD的去除率最佳，并且當FeCl3濃度為3 g/L時，COD去除率最高，COD值可達943.8 mg/L，去除率可達93.90%。

4 結(jié)論

(1)用絮凝—微電解法處理DDNP廢水，酸化pH控制在3，絮凝工藝控制FeCl3的加入量為3 g/L，絮凝預處理后的廢水進行4次重復過柱，流速控制在60 滴/分，COD值可達943.8mg/L，去除率可達93.90%，因此提高了廢水的可生化性(BOD與COD的比值)，為后續(xù)生化處理提供了有利條件。

(2)鐵屑粒度對廢水的處理效果影響不大，而細鐵屑更容易使柱老化，因此，選擇粗鐵屑裝柱較好。

(3)實驗所用原料鐵屑和焦炭均為工廠廢棄物，基本上是以廢治廢，且工藝設(shè)備簡單，成本低，是一種值得推廣的DDNP廢水處理方法。

[1] 梁培煜,馬艷然,孫漢文.電化學法處理二硝基重氮酚廢水的研究[J].河北師范大學學報, 2002, 26(3):283-285.

[2] 歐陽順利,白金保.DDNP廢水處理新方法研究[J].新疆環(huán)境保護, 2002, 25(3)：20-23 .

[3] 宋曉敏,王惠娥,李廣學,等.鐵屑—粉煤灰微電解法處理DDNP廢水[J].爆破器材, 2005, 34(4):36-38.

[4] 朱洪濤,張振聲,許佩瑤.粉煤灰鐵屑組合處理印染廢水的研究[J].環(huán)境科學與技術(shù), 2002, 25(4):8-9.

[5] 伍文波,林潔,韓統(tǒng)昌.利用廢鐵屑和粉煤灰的電化學原理處理印染廢水的方法研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測, 2003,19(1):47-49.