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探討利用聚合硫酸鐵和聚丙烯醯胺對餐飲汙水的處理

    釋出時間✘▩:2019年7月7日        【

近年來₪☁◕☁,城市生活汙水排放量增大給城市的汙水處理帶來了難題☁◕。餐飲汙水作為城市生活汙水的重要組成部分₪☁◕☁,一直引起社 會的高度重視☁◕。餐飲汙水本身含油汙量高₪☁◕☁,再加上洗滌劑的使用₪☁◕☁,使得油汙懸浮於廢水之中₪☁◕☁,不易沉降₪☁◕☁,也使水中的COD量增大 了₪☁◕☁,處理起來更為困難☁◕。

化學需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)是以化學方法測量水樣中需要被氧化的還原性物質的量₪☁◕☁,是衡量水中有機物質含 量多少的重要指標₪☁◕☁,也是衡量水質有機汙染和水排放是否達標的 重要指標☁◕。在目前乃至將來很長一段時間₪☁◕☁,都將會作為人們設 法降低的一大目標☁◕。目前COD降低的方法有Fenton法◕•、絮凝法◕•、電解氧化法☁◕。本試驗採用絮凝法處理餐飲汙水₪☁◕☁,降低COD含量90%以上₪☁◕☁,達到國家排放標準☁◕。

1 實驗原理

餐飲汙水中懸浮物較多₪☁◕☁,COD約為800mg/L₪☁◕☁,不能直接排放₪☁◕☁, 本實驗採用無機絮凝劑聚合硫酸鐵和有機絮凝劑聚丙烯醯胺相結 合的方式處理☁◕。與其它無機絮凝劑相比₪☁◕☁,聚合硫酸鐵具有較強的凝聚力₪☁◕☁,主要是因為它在水中水解產生[Fe(OH)(H2O)5]2+ ◕•、 [Fe2(OH)3(H2O)7]3+ ◕•、[Fe2(OH)2(H2O)8]4+ ◕•、[Fe3(OH)4(H2O)5]5+◕•、[Fe3(OH)3(H2O)6]6+等一系列多核高價的絡合陽離子₪☁◕☁,在一定條件下₪☁◕☁,這些絡合陽離子能中和水中的帶電粒子₪☁◕☁,增大顆粒間在水中的不穩定性₪☁◕☁,當它們相互運動碰撞時就會聚集起來形成礬花狀沉澱☁◕。當向水中加入絮凝劑聚丙烯醯胺時₪☁◕☁,聚集的速度加快₪☁◕☁,聚丙烯醯胺和聚合硫酸鐵均具有線性結構₪☁◕☁,對固體顆粒具有較強的吸附作用₪☁◕☁,同時它們都具有架橋聯結作用₪☁◕☁,透過高分子絮凝劑的許多鏈節架橋聯結在不同顆粒表面上₪☁◕☁,使顆粒逐漸增大₪☁◕☁,進而沉澱下來☁◕。

2 試驗儀器與試劑

表1 實驗儀器
名稱 規格 生產廠家
電子天平 SL502N 上海民橋精密科學儀器有限公司
集熱式恆溫加熱磁力攪拌器 DF-101S 鄭州長城科工貿易有限公司
鼓風乾燥箱 FN101-2BS 長沙儀器儀表廠

 

另實驗過程中的燒杯◕•、玻璃棒◕•、燒瓶◕•、洗瓶◕•、冷凝管◕•、橡皮 管◕•、量筒◕•、藥匙◕•、滴管◕•、酸式滴定管◕•、移液管◕•、容量瓶◕•、防爆沸 玻璃珠◕•、pH試紙◕•、吸耳球等的規格和數量隨實驗操作所需而定☁◕。

表2 實驗試劑
名稱 規格 生產廠家
重鉻酸鉀 AR 廣州汕頭市西隴化工廠
1,10-菲繞啉 AR 廣州汕頭市西隴化工廠
七水合硫酸亞鐵 AR 天津市遠航化學品有限公司
硫酸亞鐵銨 AR 天津市遠航化學品有限公司
濃硫酸 CR 湖南株洲市化學工業研究所
氫氧化鈉 CR 長沙湘科精細化工廠
過氧化氫 CR 長沙湘科精細化工廠
聚合硫酸鐵 含鐵>22 % 四川眉山東江化工廠
硫酸銀 CR 天津市東麗區大畢莊鎮歡坨村
鄰苯二甲酸氫鉀 AR 天津市東麗區大畢莊鎮歡坨村

3 實驗步驟

3.1 COD 含量測定方法的選擇

COD 的測量方法和儀器有很多₪☁◕☁,目前使用較普遍的是酸性高錳酸鉀氧化法與重鉻酸鉀氧化法☁◕。高錳酸鉀法₪☁◕☁,氧化率較低₪☁◕☁,但 比較簡便₪☁◕☁,在測定水樣中有機物含量的相對比較值及清潔地表水和地下水水樣時₪☁◕☁,可以採用☁◕。重鉻酸鉀法₪☁◕☁,氧化率高₪☁◕☁,再現性好₪☁◕☁, 適用於廢水監測中測定水樣中有機物的總量☁◕。本實驗採用的就是GB11914-89 重鉻酸鹽法來測定水樣中的COD含量☁◕。

3.2 溶液的配置

(1)硫酸—硫酸銀溶液✘▩:向1L濃硫酸中加入10g硫酸銀₪☁◕☁,靜置1~2天使之溶解₪☁◕☁,使用前小心搖動混勻☁◕。

(2)重鉻酸鉀標準溶液(C(1/6K2Cr2O7)=0.250mol/L)✘▩:稱取 12.258g重鉻酸鉀在105℃下乾燥2h後₪☁◕☁,溶於水₪☁◕☁,稀釋至1000mL☁◕。

(3) 硫酸亞鐵銨標準溶液(C[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]≈0.10mol/L)✘▩:稱取39g硫酸亞鐵銨溶於水中₪☁◕☁,並加入20mL濃硫酸₪☁◕☁,待溶液冷卻後₪☁◕☁,稀釋至1000mL☁◕。

(4)鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液(C(KC8H5O4)=2.0824 m mol/L)✘▩:稱取0.4251g鄰苯二甲酸氫鉀在105℃下乾燥2h後₪☁◕☁,溶於水₪☁◕☁,並稀釋至1000mL☁◕。

(5)1,10-菲繞啉指示劑溶液✘▩:稱取0.7g七水合硫酸亞鐵 (FeSO4·7H2O)溶於50mL的水中₪☁◕☁,加入1.5g 1,10-菲繞啉₪☁◕☁,攪拌至溶解₪☁◕☁,稀釋至100mL☁◕。

3.3 餐飲汙水COD含量的測定

(1)去幹擾試驗✘▩:如果水樣中含有無機還原性鹽類如亞硝酸鹽◕•、硫化物及二價鐵鹽會使COD測定結果增加₪☁◕☁,但實際測定過程中將其需氧量作為水樣COD值的一部分☁◕。該方法測定COD主要受氯化物的干擾物₪☁◕☁,可加入硫酸汞與氯離子形成可溶性的氯汞絡合物除去☁◕。

(2)水樣的測定✘▩:用移液管分別量取稀釋後的水樣20.0mL和重 鉻酸鉀標準溶液10.0mL於圓底燒瓶中₪☁◕☁,搖勻☁◕。將溶液稀釋至140mL左右₪☁◕☁,滴加3滴試亞鐵靈指示劑₪☁◕☁,再用硫酸亞鐵銨標準溶液滴定₪☁◕☁,溶液由黃色經藍綠色變為紅褐色即為滴定終點☁◕。記錄硫酸亞鐵銨標準溶液的消耗體積V2☁◕。

(3)空白試驗✘▩:按上述步驟以20.0mL蒸餾水進行空白試驗₪☁◕☁,記錄下滴定時硫酸亞鐵銨標準溶液的消耗體積V1☁◕。

(4)校核試驗✘▩:按測定水樣COD的方法測定20.0mL鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液的COD值☁◕。該標準溶液理論COD值為500mg/L₪☁◕☁,如果校核試驗的結果大 於該值的96%₪☁◕☁,即可認為實驗結果基本準確☁◕。

(5)計算方法✘▩:

以mg/L為單位計的水樣化學需氧量₪☁◕☁,計算公式如下✘▩:

COD(mg/L)=C(V1-V2)×8000/V0              (1)

式中✘▩:

C✘▩:硫酸亞鐵按標準溶液的摩爾濃度;

V0✘▩:水樣的體積₪☁◕☁,mL;

8000✘▩:1/4O2的摩爾質量以mg/L為單位的換算值☁◕。

3.4 餐飲汙水處理方法

取一定量餐飲汙水於燒杯中₪☁◕☁,用H2SO4或NaOH調節pH為較佳值後₪☁◕☁,邊攪拌邊加入一定量的聚合硫酸鐵和一定量的聚丙烯醯胺₪☁◕☁,靜置30分鐘₪☁◕☁,取上清液測COD☁◕。

4 實驗結果及討論

4.1 實驗結果

按照上述COD的測定方法和步驟₪☁◕☁,分別測出用絮凝劑處理前的餐飲汙水水樣和處理後的水樣₪☁◕☁,實驗結果見下表☁◕。

表3 處理前水樣的COD
水樣 重鉻酸鉀的量/mL 硫酸亞鐵銨的量/mL COD/(mg·L-1)
蒸餾水(空白實驗) 20 mL 20 37.5
鄰苯二甲酸氫鉀溶液(C=2.0824m mol/L) 20 mL 20 26.5 499.84
理論值✘▩:500

從上表可以看出₪☁◕☁,以蒸餾水作空白試劑₪☁◕☁,實驗測得鄰苯二甲酸氫鉀溶液的COD為499.84mg/L₪☁◕☁,而理論值為500mg/L₪☁◕☁,說明實驗步驟和試劑是可行的☁◕。

表4 處理後水樣的COD
水樣/mL 絮凝劑 COD/(mg·L-1)
500 未加絮凝劑 727.4
500 加聚合硫酸鐵
未加聚丙烯醯胺
234
500 加聚合硫酸鐵
加聚丙烯醯胺
72.6

 

由表4可知₪☁◕☁,聚合硫酸鐵能夠有效的去除水樣中COD₪☁◕☁,去除率達67%;經過聚合硫酸鐵處理後₪☁◕☁,再在水樣中加入少量的聚丙烯醯胺₪☁◕☁,經測定COD去除率達90%₪☁◕☁,比單獨使用聚合硫酸鐵效果好₪☁◕☁,這可能是由於聚丙烯醯胺這種高分子的吸附架橋作用₪☁◕☁,使顆粒逐漸增大₪☁◕☁,加速了絮狀物的形成和沉澱₪☁◕☁,增強了COD的去除效果☁◕。

4.2 聚合硫酸鐵投加量的影響

表5 聚合硫酸鐵量對COD 去除的影響
  水樣/mL 聚合硫酸鐵投加量/g COD/(mg·L-1)
1 500 0.2 603
2 500 0.3 480.5
3 500 0.4 357
4 500 0.5 234
5 500 0.6

 

由表5可以看出₪☁◕☁,隨著聚合硫酸鐵投加量的增加₪☁◕☁,水樣中COD值越來越低₪☁◕☁,當聚合硫酸鐵投加量達到0.6g時₪☁◕☁,水樣變成紅色₪☁◕☁, 可能是由於過量的聚合硫酸鐵水解產生的H+較多₪☁◕☁,使溶液呈酸性而產生了Fe3+☁◕。

4.3 聚丙烯醯胺投加量的影響

由表6可知₪☁◕☁,當聚合硫酸鐵加入量一定時₪☁◕☁,隨著聚丙烯醯胺加入量的增加₪☁◕☁,懸浮物的沉降速度加快₪☁◕☁,當聚丙烯醯胺量增加至 0.5g時₪☁◕☁,達到峰值₪☁◕☁,繼續增加聚丙烯醯胺量₪☁◕☁,水樣中的聚合硫酸鐵沉降不下來₪☁◕☁,懸浮在水溶液中☁◕。這可能是由於聚丙烯醯胺加人 量增加到一定程度時₪☁◕☁,影響了其線性鏈的伸展性₪☁◕☁,不利於對懸浮物的橋聯◕•、吸附作用₪☁◕☁,導致了絮凝效果的下降☁◕。因此₪☁◕☁,在本次 實驗中選定聚合硫酸鐵加人量0.5g₪☁◕☁,聚丙烯醯胺加人量0.4g☁◕。

表6 聚丙烯醯胺量對COD去除的影響
  水樣/mL 聚合硫酸鐵投加量/g 聚丙烯醯胺投加量/g COD/(mg·L-1)
1 500 0.5 0.1 204
2 500 0.5 0.2 186
3 500 0.5 0.3 145
4 500 0.5 0.4 72
5 500 0.5 0.5

 

表7 溶液pH對COD去除的影響
  水樣pH COD/(mg·L-1)
1 5
2 6 92
3 7 73
4 8 74
5 9 73

 

聚合硫酸鐵在水中發生水解反應₪☁◕☁,不斷釋放出H-₪☁◕☁,導致溶液酸性增強₪☁◕☁,pH下降☁◕。如果水樣酸性較低₪☁◕☁,就會使聚合硫酸鐵水解產生的多核高價絡合陽離子分解生成Fe3+₪☁◕☁,進而失去了絮凝的效 果☁◕。由上表可知₪☁◕☁,溶液pH≥6聚合硫酸鐵—聚丙烯醯胺能有效降低水中COD₪☁◕☁,溶液pH<6時聚合硫酸鐵就水解生成Fe3+₪☁◕☁,進而失 去了絮凝的效果☁◕。

5 結論

採用無機絮凝劑聚合硫酸鐵和有機絮凝劑聚丙烯醯胺相結合的方式對餐飲汙水進行處理₪☁◕☁,使水樣COD值降低為73mg/L₪☁◕☁,COD去除率達到90%以上☁◕。該方法的操作條件為✘▩:pH=9的500mL水樣₪☁◕☁,聚合硫酸鐵投加量0.5g₪☁◕☁,聚丙烯醯胺投加量0.4g₪☁◕☁,沉降30min☁◕。使用聚合硫酸鐵與聚丙烯醯胺構成的無機-有機絮凝劑復配可以減少絮凝劑的投加量₪☁◕☁,節約成本₪☁◕☁,而且絮凝效果較好☁◕。複合絮凝劑充分發揮了無機絮凝劑電中和作用和有機高分子絮凝劑的架橋作用₪☁◕☁,使其優點協同發揮₪☁◕☁,形成的絮體大而密實☁◕。有機絮凝劑的 加入使絮體得抗剪下效能好₪☁◕☁,沉降速度₪☁◕☁,絮凝效率顯著提高☁◕。

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