Fenton混凝沉淀法预处理锂电池加工高浓度废水管锡珺1

Fenton要混凝沉淀法预处理锂电池加工高浓度废水管锡珺袁仇模凯袁夏丽佳袁张明辉袁陈修硕袁刘晓茹袁唐振渊青岛理工大学环境与市政工程学院袁山东青岛266033冤咱摘要暂采用Fenton要混凝沉淀法处理锂电池盖板冲洗废水袁研究其最佳反应条件袁并探讨各因素的影响机理遥结果表明院室温条件下袁在Fenton反应阶段袁30%H2O2投加量为12.5mL/L尧FeSO4窑7H2O投加量为4.0g/L尧pH为2.5尧反应时间为1h时袁COD去除率可达91.81%曰Fenton反应出水用PAC混凝沉淀法进行再处理袁pH为中性或偏碱性尧PAC投加量为80mg/L条件下袁最终出水COD去除率可达93.9%遥咱关键词暂Fenton试剂曰混凝曰沉淀曰锂电池加工废水咱中图分类号暂X703咱文献标识码暂A咱文章编号暂1005-829X渊2018冤12-0076-05Pretreatmentofhigh鄄concentrationlithiumbatteryprocessingwastewaterbyFenton-coagulationprecipitationmethodGuanXijun袁QiuMokai袁XiaLijia袁ZhangMinghui袁ChenXiushuo袁LiuXiaoru袁TangZhen渊SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering袁QingdaoUniversityofTechnology袁Qingdao266033袁China冤Abstract院Fenton-coagulationprecipitationmethodhasbeenusedfortreatingthewastewaterfromlithiumbatterycover鄄boardrinsing.TheoptimalreactionconditionsofCODremovalbyFenton-coagulationprecipitationmethodhavebeeninvestigated袁andthentheinfluencemechanismsoffactorsdiscussed.TheresultsshowthattheremovalrateofCODis91.81%袁atroomtemperature袁inFentonreactionstage袁whenthedosageof30%H2O2is12.5mL/LandthedosageofFeSO4窑7H2O4.0g/L袁pH=2.5andreactiontime1h.TheeffluentfromFentonreactionshouldberetreatedbyPACcoagulationsedimentationmethod.Underthefollowingconditions院pHisneutralorslightlyalkaline袁andthedosageofPAC80mg/L袁theremovalrateofCODis93.9%.Keywords院Fentonreagent曰coagulation曰precipitation曰lithiumbatteryprocessingwastewater锂电池加工行业产生的铝壳盖板冲洗废水是一种以矿物油为主的半合成加工乳化液袁成分非常复杂且性质稳定也1页袁后续处理难度大遥目前乳化液废水常用的处理方式有微生物法尧超声波破乳法尧化学药剂破乳法尧超滤破乳法和物理破乳法等袁但每种处理方法都有局限性袁因此尚未形成公认的定型处理方法遥高级氧化技术在国内外应用极其普遍袁其中Fenton氧化技术以反应迅速尧反应条件温和尧设备简单尧操作方便尧高效等特点袁以及反应过程中的絮凝优势成为研究热点也2页遥聚合氯化铝渊PAC冤作为无机高分子混凝剂被大范围使用袁与其他水处理剂混合使用时处理效果良好也3页遥PAC在水中可产生水解-聚合产物袁通过电性中和尧脱稳和吸附架桥作用袁使水中胶体颗粒混凝进而沉淀去除袁实现废水净化也4页遥某企业在锂电池加工过程中产生铝壳盖板冲洗废水遥该废水的COD和悬浮物浓度高尧色度大尧生物毒性大尧可生化性差袁若直接用生物法处理袁高浓度有机物会降低微生物的活性袁影响整个生化系统的处理效率袁因此应对该类废水进行预处理遥根据该废水高浊度尧高浓度的特点袁笔者采用Fenton要PAC混凝沉淀的方法去除COD及浊度袁确定最佳反应条件袁以期为实际工程运用提供参考遥1实验材料与方法1.1实验材料H2O2溶液渊质量分数30%冤袁FeSO4窑7H2O袁H2SO4袁NaOH袁聚合氯化铝渊PAC冤袁硫酸银袁高锰酸钾袁硫酸亚铁铵袁分析纯遥废水取自合肥某电池企业铝壳盖板冲洗车间袁呈乳白色袁pH在7.5左右袁COD约为13500mg/L遥1.2实验方法取200mL水样袁加酸调节至适宜pH袁加入30%H2O2溶液和FeSO4窑7H2O袁置于六联搅拌机搅拌数分钟袁静置反应一段时间袁加碱调节pH到9左右第38卷第12期圆园18年12月工业水处理陨灶凿怎泽贼则蚤葬造宰葬贼藻则栽则藻葬贼皂藻灶贼灾燥造援38晕燥援12Dec.袁圆园1876PDF檔案使用pdfFactoryPro試用版本建立:11反应15min袁去除多余的H2O2或Fe3+袁静沉尧过滤袁取滤液测定COD遥取Fenton试剂处理过的废液袁调节pH至中性或偏碱性袁加入PAC袁搅拌5min袁静沉40min袁过滤袁取滤液测定COD遥每组实验重复3次袁取平均值遥1.3分析方法pH采用pHS-3C数字酸度计测定曰COD采用重铬酸钾法测定遥2结果与讨论2.1正交试验结果在室温条件下进行正交试验袁采用4因素4水平袁以氧化剂渊H2O2冤投加量尧催化剂渊FeSO4窑7H2O冤投加量尧pH和反应时间为变量袁因素水平见表1袁正交试验结果见表2遥表1正交试验因素水平表2正交试验结果由表2可知院渊1冤当30%H2O2投加量为2mL尧FeSO4窑7H2O投加量为0.6g尧pH为2.5尧反应时间为1.2h时袁COD去除效果最好遥渊2冤影响COD去除率因素的主次顺序为FeSO4窑7H2O投加量pHH2O2投加量反应时间袁pH对Fenton处理效果影响最大遥渊3冤虽然各因素对COD去除率有不同程度的影响袁但每个因素都存在最佳水平袁即30%H2O2投加量为2mL袁FeSO4窑7H2O投加量为1g袁pH为1.5袁反应时间为0.8h遥渊4冤为进一步确定最优反应条件袁在正交试验基础上进行单因素实验袁实验条件院30%H2O2投加量2mL袁FeSO4窑7H2O投加量1g袁pH为1.5袁反应时间0.8h遥2.2最优工艺参数的确定2.2.1pH的确定取200mL废水袁控制其他实验条件为30%H2O2投加量2mL尧FeSO4窑7H2O投加量1g尧反应时间0.8h袁改变初始pH袁考察pH对COD去除率的影响袁结果如图1所示遥图1pH对COD去除率的影响由图1可知袁随着pH的增加袁COD去除率也相应增大袁当pH为2.5时COD去除率达到最大值86%曰随着pH继续增加袁COD去除率反而逐渐下降遥这是因为Fe2+在溶液中的存在形式受pH的影响遥在接近中性环境中袁Fe2+不能催化H2O2产生窑OH曰而高pH时易形成Fe渊OH冤3胶体或Fe渊OH冤3窑nH2O无定形沉淀袁导致Fenton体系活性降低袁抑制了窑OH的产生也5页遥pH较低时袁高浓度的H+会对Fe2+尧Fe3+平衡产生影响袁导致Fe3+无法顺利还原袁阻碍Fe2+再生袁影响窑OH的生成袁间接影响氧化效果遥另一方面袁Fenton法高效降解有机物尧去除COD归因于其氧化尧混凝双重作用遥Fe2+尧Fe3+除发挥催化作用外袁在降解过程中还有混凝效果袁其混凝作用与铁离子水合物形式有关袁如式渊1冤尧式渊2冤所示遥当pH低于最佳pH时袁也Fe渊H2O冤5OH页2+在强酸性条件下形成也Fe渊H2O冤6页3+袁而也Fe渊H2O冤6页3+催化H2O2产生窑OH的因素H2O2投加量渊A冤/mLFeSO4窑7H2O投加量渊B冤/gpH渊C冤时间渊D冤/h水平110.21.50.5水平220.620.8水平3312.51水平441.431.2序号ABCDCOD去除率/%110.21.50.586.56210.620.883.993112.5181.61411.431.278.26520.22178.7620.62.51.290.9572130.585.75821.41.50.882.59930.22.51.268.51030.630.581.0311311.50.888.651231.42186.281340.230.558.331440.61.50.872.9315412185.541641.42.51.288.39K1330.42292.09343.82316.92K2337.99328.9336.88328.16K3324.46341.56313.99326.88K4305.19335.52303.37326.1k182.60573.022585.95579.23k284.497582.22584.2282.04k381.11585.387578.497581.72k476.297583.8875.842581.525极差R8.212.36510.11252.81优水平A2B3C1D2工业水处理圆园18-12袁38渊12冤管锡珺袁等院Fenton要混凝沉淀法预处理锂电池加工高浓度废水77PDF檔案使用pdfFactoryPro試用版本建立要弱袁使得产生的窑OH减少也6页遥若pH很低时袁H2O2俘获1个质子形成H3O2+袁减少与Fe2+之间的反应袁增强了其稳定性袁不能被Fe2+分解产生窑OH遥也Fe渊H2O冤6页3++H2O寅也Fe渊H2O冤5OH页2++H3O+渊1冤也Fe渊H2O冤5OH页2++H2O寅也Fe渊H2O冤4渊OH冤2页++H3O+渊2冤根据H.Gallard等也7页建立的Fe2+反应速率方程也见式渊3冤页袁系统研究了pH对废水中Fenton试剂的影响遥该研究认为pH主要影响Fe2+与H2O2的反应速率以及HO2/O2窑-的电离形态遥d咱Fe渊域冤暂dt=-k袁咱Fe渊域冤暂咱H2O2暂+k袁HOO窑咱Fe渊芋冤暂咱HOO窑暂+k袁咱Fe渊芋冤暂咱O2窑-暂-k袁咱Fe渊域冤暂咱O2窑-暂-k袁HOO窑咱Fe渊域冤暂咱HOO窑暂-k袁HO窑咱Fe渊域冤暂咱HO窑暂渊3冤对Fenton体系中的有机物降解进行模拟也3页袁如式渊4冤耀式渊6冤所示遥咱HO2窑暂=咱H+暂-10-pk琢咱H+暂咱HO2窑暂咱O2窑-暂渊4冤咱O2窑-暂=-10-pk琢咱H+暂咱HO2窑暂咱O2窑-暂渊5冤k袁=k袁咱Fe2+暂咱Fe渊域冤暂+k袁咱Fe渊OH冤+暂咱Fe渊域冤暂渊6冤结果表明袁低pH下渊pH3冤模拟预测结果与实验结果基本吻合遥经过分析认为溶液的pH会影响氧化剂尧基质的活性尧铁的类别和过氧化氢的分解遥因此pH对Fenton去除COD有十分重要的影响遥因此初始反应pH为2.5时袁H2O2的有效分解尧铁离子水合物形式及其沉淀性能之间的相互影响恰能达到最佳效果袁使COD去除效果最好遥2.2.2H2O2投加量的确定取200mL废水袁在pH为2.5尧FeSO4窑7H2O投加量为1g尧反应时间为0.8h的条件下袁改变H2O2投加量袁考察其对COD去除效果的影响袁结果见图2遥图2H2O2投加量对COD去除率的影响由图2可知袁当30%H2O2投加量为0.5mL时袁COD去除率为48%遥随着H2O2投加量的增加袁COD去除率快速增大袁后转为缓慢增加袁当H2O2投加量增加到2.5mL时袁COD去除率最大为88%曰此后继续投加H2O2袁COD去除率呈下降趋势