孫敬權(quán), 尚鴻艷
(利民化工股份有限公司, 江蘇 新沂 221400)
高鐵酸鉀是一種強(qiáng)氧化劑,其氧化性僅次于F2,OH·、原子氧[1],可以氧化大部分有機(jī)物[2-4]。高鐵酸鉀在酸性和堿性水溶液中的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)分別是2.2 V和0.72 V,在堿性水溶液中的穩(wěn)定性更高[5]。作為一種新型、高效、多功能的綠色水處理藥劑,高鐵酸鉀在很寬的pH值范圍都能取得很好的氧化效果,且處理時(shí)間短,所以在工業(yè)廢水處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景[6-8]。
農(nóng)藥廢水有機(jī)物含量高、成分復(fù)雜、毒性大、色度高、可生化性差[9],在進(jìn)入生化處理系統(tǒng)前,必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理以降低部分有機(jī)物并提高其可生化性。隨著農(nóng)藥廢水排放量的日益增加和廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格,如何高效、低成本地處理高濃度、難于生物降解的農(nóng)藥廢水已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)[10-12]。
基于此,筆者利用高鐵酸鉀氧化處理霜脲氰三效蒸發(fā)出水,并探討高鐵酸鉀投加量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)初始pH值和廢水初始濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,以期尋找出高鐵酸鉀氧化處理該廢水的最佳反應(yīng)條件,從而為農(nóng)藥廢水的高鐵酸鉀氧化處理提供技術(shù)參考。
實(shí)驗(yàn)廢水取自利民化工股份有限公司的霜脲氰蒸出水,NH3-N質(zhì)量濃度為1 871 mg/L,CODCr質(zhì)量濃度為21 304.8 mg/L,pH值為8~9。
試劑:高鐵酸鉀(分析純),NaOH(30%),H2SO4(20%)。
儀器:1 000 mL玻璃燒杯,磁力攪拌器等。
為考察某種因素對(duì)高鐵酸鉀氧化處理農(nóng)藥廢水效果的影響,采用單因素影響實(shí)驗(yàn),即根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)選擇處理效果相對(duì)較好的實(shí)驗(yàn)條件,固定其他反應(yīng)條件,考察某單一因素對(duì)高鐵酸鉀處理農(nóng)藥廢水效果的影響。
分析方法:NH3-N采用HJ 535—2009納氏試劑分光光度法測(cè)定;CODCr采用GB 11894—89重鉻酸鉀法測(cè)定;pH值用pH試紙監(jiān)測(cè)。
將廢水分別稀釋 1,2,4,6,8,10 倍,各取 500 mL于燒杯中,調(diào)節(jié)pH值=4,每升廢水高鐵酸鉀投加量為2 g,常溫下攪拌反應(yīng)40 min后取上清液做CODCr及NH3-N測(cè)定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。
圖1 廢水初始濃度對(duì)CODCr及NH3-N去除率的影響
由圖1可知,廢水初始濃度對(duì)CODCr及NH3-N去除率影響較大,這是因?yàn)?,廢水初始濃度低,較多的高鐵酸根離子與水分子反應(yīng),從而阻礙了其與有機(jī)物的充分接觸反應(yīng),使處理效果變差;廢水初始濃度高,高鐵酸根離子不足以氧化全部的有機(jī)物,處理效果也不理想。所以,廢水最佳初始濃度為原廢水稀釋 6 倍后的濃度(ρ(CODCr)=3 550.8 mg/L,ρ(NH3-N)=311.83 mg/L)。
分取稀釋6倍的500 mL廢水于燒杯中,調(diào)節(jié)pH值=4,每升廢水高鐵酸鉀投加量分別為0.5,1.0,1.5,2.0,2.5 g,常溫下攪拌反應(yīng)40 min后取上清液做CODCr及NH3-N測(cè)定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。
圖2 高鐵酸鉀投加量對(duì)CODCr及NH3-N去除率的影響
由圖2可知,隨著高鐵酸鉀投加量的增加,CODCr及NH3-N去除率逐漸升高,當(dāng)每升廢水高鐵酸鉀投加量為2.0 g時(shí),CODCr及NH3-N去除率分別達(dá)到48.30%和51.91%,再增加高鐵酸鉀的投加量,去除率呈下降趨勢(shì)。原因分析如下:當(dāng)高鐵酸鉀超過(guò)氧化有機(jī)物的最佳投加量時(shí),自身的穩(wěn)定性變差,分解產(chǎn)生的Fe(OH)3絮凝部分有機(jī)物,而過(guò)多的Fe(OH)3會(huì)吸附一些不易沉降的有機(jī)物,懸浮在水中,影響CODCr及NH3-N的去除效果。
分取稀釋6倍的500 mL廢水于燒杯中,調(diào)節(jié)pH 值 =2,4,6,8,10,12,每升高鐵酸鉀投加量為2 g,常溫下攪拌反應(yīng)40 min后取上清液做CODCr及NH3-N測(cè)定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。
圖3 廢水初始pH對(duì)CODCr及NH3-N去除率的影響
由圖3可知,高鐵酸鉀氧化降解廢水中的CODCr及NH3-N濃度受pH值影響較大。理論上,高鐵酸鉀酸性條件下的氧化還原電位(2.2 V)遠(yuǎn)大于堿性條件下的(0.72 V),所以酸性條件更利于有機(jī)物的降解。但是,pH值過(guò)低時(shí),高鐵酸鉀不穩(wěn)定,從而影響有機(jī)物的去除;而pH值過(guò)高,高鐵酸鉀的氧化能力不強(qiáng)。因此,確定高鐵酸鉀氧化廢水的最佳初始pH值為4。
分取稀釋6倍的500 mL廢水于燒杯中,調(diào)節(jié)pH值=4,每升廢水高鐵酸鉀投加量為2 g,常溫下攪拌反應(yīng) 10,20,30,40,50,60 min 后取上清液做CODCr及NH3-N測(cè)定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。
圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)CODCr及NH3-N去除率的影響
由圖4可知,隨著反應(yīng)時(shí)間的增加,CODCr及NH3-N去除率先明顯提高后趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)榉磻?yīng)開(kāi)始時(shí)高鐵酸鉀和廢水中的有機(jī)物濃度較大,反應(yīng)的動(dòng)力大,速度快;隨著反應(yīng)的進(jìn)行,高鐵酸鉀和廢水中的有機(jī)物濃度逐漸減小,反應(yīng)的動(dòng)力減小,速度減慢。確定最佳反應(yīng)時(shí)間為40 min。
對(duì)于廢水中有機(jī)物的降解,高鐵酸鉀由于其極強(qiáng)的氧化性及獨(dú)特的水處理功能,有望成為新一代綠色的水處理劑。本文以霜脲氰農(nóng)藥廢水為研究對(duì)象,確定高鐵酸鉀氧化霜脲氰廢水的最佳條件為:廢水初始CODCr質(zhì)量濃度為3 550.8 mg/L,NH3-N質(zhì)量濃度為311.83 mg/L,每升廢水高鐵酸鉀投加量為2 g,廢水初始pH值為4,反應(yīng)時(shí)間40 min。CODCr去除率最高達(dá)48.3%,NH3-N去除率最高為51.91%。