工业污水处理论文：电子工业清洗废水的试验探究

工业污水处理论文：电子工业清洗废水的试验探究摘要：电子工业清洗废水是较难生物降解的工业污水之一，因此，须采用其他方法对其进行处理。文章通过室内烧杯试验研究了采用高铁酸钾氧化法处理该种废水的影响因素和方法，当该种废水的COD浓度在500~800mg/L范围内时，调整废水pH=2左右，投加量高铁酸钾3g/L左右，并分次投加，则当反应时间超过30min后，其COD的去除率可达40%左右，且效果稳定。活性炭吸附可以进一步去除高铁酸钾反应出水的COD，当活性炭投加量高于10g/L，吸附反应5h时，出水COD低于100mg/L，符合排放标准。关键词：电子工业；清洗废水；高铁酸钾氧化；活性炭吸附电子工业产品在清洗过程中会产生大量的清洗高效吸附絮凝剂，可以在很宽的pH值范围内吸附絮废水，而这种废水中含有大量的合成洗涤剂和表面活性剂，这些物质很难被生物氧化，因此，属于难生物降解的工业废水[1]，在我国环境标准中被列为第二类污染物质。高铁酸钾（K2FeO4）是一种强氧化剂，其中的铁表现为+6价态，在整个pH值范围内都具有极强的氧化性。在酸性和碱性溶液中，电对Fe(Ⅵ)/Fe(Ⅲ)的标准电极电位分别为2.20V和0.72V[2]。相应的电极反应如下：FeO42-+8H++3e-=Fe3++4H2O（1）FeO42-+4H2O+3e-=5Fe(OH)3↓+5OH-（2）同时，高铁酸盐分解产生的氢氧化铁可作为一种凝大部分阴阳离子、有机物和悬浮物，能起到很好的净水作用[3]。在去除水中无机污染物和有机污染物方面都有较为成功的应用案例[4-5]。将高铁酸钾氧化法应用到含合成洗涤剂的清洗废水处理方面的报道较少。笔者通过实验研究了高铁酸钾氧化法与活性炭吸附等常规处理单元联用，以COD为主要目标污染物，探讨了高铁酸钾氧化法对清洗废水的氧化处理效果和主要影响因素，并探寻了最佳工艺条件，为以后工程应用提供理论依据。1试验材料与方法1.1试验材料1.1.1主要试验仪器（1）MY3000-6混凝试验搅拌仪；（2）SKY-2102C恒温培养振荡箱；（3）InolabpH720试验室台式pH测定仪。1.1.2主要试验试剂（1）高铁酸钾，主要含量≥86%，重铬酸钾；（2）颗粒活性炭carbsorb30,硫酸银；（3）七水合硫酸亚铁,硫酸亚铁铵。1.1.3废水配制试验水样采用厦门市某电子工企业所用的工业清洗剂与自来水配制而成，经过调配使配制废水的COD浓度为700mg/L左右，其组分包括：表面活性剂，10%~30%；脂肪醇，2%~12%；助剂，1%~13%。1.2试验方法1.2.1正交试验采用高铁酸钾氧化法处理清洗废水，其主要影响因素有废水的pH值、高铁酸钾的投加量、反应时间及反应温度、及废水的初始浓度等，本试验仅考查高铁酸钾投加量、反应时间及初始浓度这三个因素。废水的pH值均定为2左右，反应温度为室温（25℃）。1.2.2试验结果的重现性在正交试验最佳反应条件下，进行三组高铁酸钾氧化重复性试验，考察试验的重现性。1.2.3活性炭吸附处理高铁酸钾反应出水向一系列250mL聚乙烯瓶中加入最佳反应条件下的高铁酸钾氧化出水各100mL，依次加入2、4、6、8、10、20g/L活性炭，于25℃下振荡反应24h，将测定结果对吸附等温线进行拟合。另取同样序列水样和活性炭投加量于25℃下振荡反应5h，考察吸附处理效果。数据显示：只有当pH=2左右时，高铁酸钾对废水的COD才有去除效果，而在pH≥3时甚至出现COD负去除的情况。为了进一步研究pH值对COD去除的影响情况，在2附近再选几个pH值进行试验研究。数据表明pH值在1.85~2.24之间，COD去除率较高，pH值小于1.85时，COD去除率反而降低。这是因为高铁酸根在不同酸碱条件下可氧化分解的物质不同[6-7]，当pH值低于5时，水中的FeO42-迅速分解[8]，且酸性越强，分解速度越快。本试验中，当pH1.8时，溶液较高的酸度导致高铁酸钾迅速分解，不能有效发挥其氧化能力。总的来说，用高铁酸钾氧化处理电子工业清洗废水对pH值的要求较为苛刻。2.2高铁酸钾投加量对氧化效果的影响，当投加量为3~5g/L时，COD去除率较高且相差不大，大约为37%左右。起初，随着高铁酸钾投加量的增加，对COD的去除也随之迅速提高。随着投加量进一步增加，COD有一个下降过程，这可能是因为废水中可降解的大分子或某些难降解的大分子有机物被打碎成小分子有机物，增加了处理废水中的COD浓度，从而导致COD的去除率变现出来下降。当继续增大高铁酸钾的投加量，中间产物被降解，COD去除率又呈现上升趋势。弓晓峰等[9]对高铁酸钾滤液处理垃圾渗滤液的研究显示对COD的去除呈现出相似的趋势。水平/因素高铁酸钾（g/L）初始浓度（mg/L）反应时间（min）11130760237173036358120表1正交试验各影响因素水平取值第6E期冯浩，等高铁酸钾氧化法处理电子工业清洗废水的试验研究项目数值初始COD（mg/L）717氧化出水COD（mg/L）437421440COD去除率（%）39.041.338.6去除率相对标准偏差（%）3.7结合单因素试验和正交试验结果分析，对于这种试验结果的重现性性质的废水，当COD浓度为700mg/L左右时，调整pH=2，高铁酸钾投加量选取3g/L，且分2次投加，总反应时间控制在30min左右，其COD的去除率可达到40%左右。2.6试验结果的重现性在上述最佳试验条件下，重复三组高铁酸钾氧化试验，试验结果表明，高铁酸钾氧化对电子清洗废水中COD物质的去除有较好的重现性。2.7高铁酸钾氧化出水经活性炭吸附2.7.1吸附等温线（25℃）。由参数可知，活性炭对高铁酸钾氧化出水的吸附较符合Langmuir等温式，在吸附过程中，是单分序号高铁酸钾（g/L）初始浓度（mg/L）反应时间（min）反应后COD（mg/L）COD去除率（%）11130760110215.721717306913.6313581203463.34371712049930.353358603327.46313073090630.77635830365-0.38613071201294196717606558.6K122.647.431.7K268.442.534K39.310.434.6极差R59.1372.9表3正交试验结果（tmin）10203040506090120180240终点pH2.522.782.632.562.882.763.232.692.752.69不同时间下反应终点pH值2.3反应时间对氧化效果的影响，反应30min后，COD去除率达到35.3%，继续延长反应时间，去除率提高缓慢，反应至2h时，COD去除率达到41.9%，之后，COD去除率反而下降。表明反应之后出水pH值集中在2.5~3.3之间。2.4投加方式对氧化效果的影响总体来看，分次投加比单次投加时，COD去除率高出约10%左右。主要原因是由于高铁酸钾在酸度较高的情况下迅速分解，虽然分解后其氧化性仍然存在，但是已不能被充分利用，总体来说，分次投加更能够有效利用高铁酸钾的氧化性。2.5正交试验结果分析由数据以及极差分析可以看出，在所选定的影响因素和水平下，高铁酸钾的投加量是最重要的影响因素，其次是待处理废水的浓度，再次是反应时间的影响。355类型Freundlich方程q（mmg/g）K（LL/mg）K1/nR2出水吸附76.37.155×10-33.32310.42350.6881Langmuir方程R20.862表5高铁酸钾氧化出水与清洗废水经活性炭吸附的吸附方程参数活性炭量（g/L）24681020吸附前COD（mg/L）442吸附后COD（mg/L）3832721851109493高铁酸钾出水经活性炭吸附前后的COD变化子层的化学吸附起主要作用。这可能由于高铁酸钾对废水的氧化程度有限，废水中大部分污染物质的结构没有被破坏，仍以原来的存在方式被吸附。2.7.2出水COD表6所示为在最佳反应条件下，高铁酸钾氧化出水经活性炭吸附前后的COD值。经过5h的吸附，当投加的活性炭量大于10g/L时，出水COD降至100mg/L以下，符合国家污水综合排放一级标准（GB8978-1996）。3结论（1）高铁酸钾氧化法对电子工业清洗废水有一定的氧化处理作用，在pH值为2，分次投加高铁酸钾共3g/L，氧化反应30min的条件下，对COD初始浓度为700mg/L左右的清洗废水，其去除率达到40%左右。（2）活性炭吸附可以进一步去除高铁酸钾反应出水的COD，当活性炭投加量高于10g/L，吸附反应5h时，出水COD低于100mg/L，符合排放标准。[参考文献][1]刘程,米裕民.表面活性剂性质理论与应用[M].北京:北京工业大学出版社,2003：348-368.[2]孙德智.环境工程中的高级氧化技术[M].北京:化学工业出版社,2002：46-55.[3]孔凡贵.高级氧化技术处理油田水中污染物的研究[D].大庆:大庆石油学院,2003,12-14.[4]李瑞珍,张坤玲,张玮.绿色多功能材料高铁酸钾的应用研究进展[J].石家庄职业技术学院学报,2008,20(4):47-49.[5]王利平,徐金妹,董旭.高铁酸钾药剂处理废水的研究现状[J].工业水处理,2007,27(10):9-13.[6]GrahamN,JiangCC,LiXZ,etal.TheinfluenceofpHonthedegradationofphenolandchlorophenolsbypotassiumferrate[J].Chemosphere,2004,56:949-956.[7]陆晶,黄丽,邵春雷,等.高铁酸钾氧化降解罗丹明（RhB）水溶液的研究[J].环境化学,2007,26(3):366-370.[8]曲久辉,林谡,王立立.高铁酸盐的溶液稳定性及其在水质净化中的应用[J].环境科学学报,2001,21(sl):106-109.[9]弓晓峰,雷婷,武和胜.高铁酸钾滤液处理垃圾渗滤液[J].水处理技术,2008,34(6):37-39.