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聚合硫酸鐵對(duì)三聚氰胺廢水的去除效果研究

    發(fā)布時(shí)間:2017年3月7日        【

三聚氰胺是一種重要的氮雜環(huán)有機(jī)化工原料,由于其較強(qiáng)的黏性,如果不慎進(jìn)入人體內(nèi),將導(dǎo)致在體內(nèi)形成草酸、鞣酸及鈣等物質(zhì),并沉積在泌尿系統(tǒng)中。長期服用過量含三聚氰胺的食品就很容易形成結(jié)石,甚至導(dǎo)致膀胱癌。大人因?yàn)榇x系統(tǒng)能力比較強(qiáng),耐受量高,所以受影響的幾率相對(duì)較小。而嬰幼兒代謝能力弱,所以食用就會(huì)對(duì)身體造成危害甚至威脅生命安全。

三聚氰胺廢水主要來自生產(chǎn)三聚氰胺裝置中的沖洗水、循環(huán)水的排污及一部分未回收的設(shè)備冷卻水。廢水被收集到廢水池中,經(jīng)測(cè)試合格后排放到污水系統(tǒng)。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水中主要含有少量的三聚氰胺、羥基酰胺類物質(zhì)的飽和溶液和高濃度的氨氮。

1實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

1.1實(shí)驗(yàn)試劑

聚合硫酸鐵(AR,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司);三聚氰胺(AR,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司);氫氧化鈉(AR,北京化學(xué)試劑三廠);氫氧化鈣(AR,北京化學(xué)試劑三廠);硅藻土(AR,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

總有機(jī)碳測(cè)定儀(TOC-VCPN,日本島津);電子天平(FA1604,上海雷韻試驗(yàn)儀器制造有限公司);恒溫磁力攪拌機(jī)(79-3,上海思樂自動(dòng)化科技有限公司)。

2實(shí)驗(yàn)方法

2.1混凝劑的配制

使用電子天平稱取10g聚合硫酸鐵,溶于100ml的蒸餾水中,配制成1∶10的聚合硫酸鐵溶液。

2.2混凝實(shí)驗(yàn)

取50mL已知濃度的三聚氰胺模擬廢水于50mL燒杯中,視實(shí)驗(yàn)所需加入助凝劑,調(diào)節(jié)至所需pH值,加入一定量的聚合硫酸鐵混凝劑,攪拌至所需時(shí)間,靜置澄清后,取上清液測(cè)定其TOC值。

2.3TOC分析測(cè)試

通過單因子水平實(shí)驗(yàn),使用TOC測(cè)試儀進(jìn)行分析測(cè)試,測(cè)定水樣中總有機(jī)碳的含量。以TOC作為評(píng)價(jià)指標(biāo),研究混凝劑用量、溶液pH值、攪拌時(shí)間、助凝劑的選擇和廢水濃度等因素對(duì)TOC去除率的影響,優(yōu)化反應(yīng)條件,證實(shí)聚合硫酸鐵去除三聚氰胺的有效性,獲得較佳的工藝參數(shù)。

TOC測(cè)試原理:水樣分別被注入高溫燃燒管(900℃)和低溫反應(yīng)管(150℃)中。經(jīng)高溫燃燒管的水樣受高溫催化氧化,使有機(jī)化合物和無機(jī)碳酸鹽均轉(zhuǎn)化成為二氧化碳。經(jīng)反應(yīng)管的水樣加入體積分?jǐn)?shù)為1.5%的酸,使無機(jī)碳酸鹽分解成為二氧化碳,所生成的二氧化碳依次導(dǎo)入非分散紅外檢測(cè)器,由于一定波長的紅外線被CO2選擇吸收,在一定濃度范圍內(nèi)CO2對(duì)紅外線吸收的強(qiáng)度與CO2的濃度成正比,故可對(duì)水樣總碳(TC)和無機(jī)碳(IC)進(jìn)行定量測(cè)定??偺寂c無機(jī)碳之差值,即為總有機(jī)碳(TOC),TOC=TC-IC測(cè)定步驟如下:

(1)打開氧氣鋼瓶,調(diào)整出口壓力為200kPa,調(diào)節(jié)TOC氧氣進(jìn)口壓力為200kPa;氧氣流量計(jì)100mL/min。打開電腦和TOC測(cè)試儀。

(2)打開操作系統(tǒng)。

(3)單擊“NEW”建立一個(gè)新的操作界面。

(4)單擊“connect”將計(jì)算機(jī)與TOC測(cè)定儀進(jìn)行聯(lián)機(jī)。

(5)使燃燒管溫度升高至680℃。

(6)單擊“Insert”插入標(biāo)準(zhǔn)曲線(樣品),編輯測(cè)定方法。

(7)將進(jìn)樣管插入樣品液面下,單擊“Start”,按計(jì)算機(jī)程序設(shè)置的順序進(jìn)行設(shè)定。

(8)經(jīng)TOC測(cè)試儀測(cè)定后,電腦中自動(dòng)顯示出所測(cè)樣品中TC、IC、TOC值,重復(fù)測(cè)試三次取平均值。

(9)計(jì)算所測(cè)樣品TOC的去除率。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1單因子較優(yōu)水平的選擇

3.1.1混凝劑用量對(duì)TOC去除率的影響

取50mL100mg/L的三聚氰胺模擬廢水于50mL燒杯中,調(diào)節(jié)至所需pH為8,分別加入一定體積的濃度為1∶10的聚合硫酸鐵混凝劑(0.5mL、1mL、2mL、3mL、4mL、6mL、8mL、10mL),攪拌時(shí)間30s,靜置至礬花體積為整個(gè)溶液體積一半時(shí),取上清液測(cè)定其TOC值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。由圖1可知,隨著聚合硫酸鐵用量的增加,TOC去除率呈現(xiàn)著先升高后降低的趨勢(shì)。由于膠體在混凝時(shí)存在著一個(gè)脫穩(wěn)的過程,當(dāng)聚合硫酸鐵用量較少時(shí),膠體脫穩(wěn)不完全,此時(shí)TOC的去除率較低。當(dāng)聚合硫酸鐵用量過多時(shí),產(chǎn)生了多余的正電荷,膠體之間相互排斥,去除效果逐漸變差。當(dāng)聚合硫酸鐵用量為8mL時(shí),TOC去除率達(dá)到較大值,為21.04%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí),當(dāng)聚合硫酸鐵用量為8mL時(shí)為較優(yōu)化條件。

圖1 聚合硫酸鐵用量對(duì)TOC 去除率的影響

3.1.2pH值對(duì)TOC去除率的影響

取50mL100mg/L的三聚氰胺模擬廢水于50mL燒杯中,分別調(diào)節(jié)pH至7、8、9、10、11、12,加入濃度為1∶10的8mL聚合硫酸鐵混凝劑,攪拌時(shí)間30s,靜置至礬花體積為整個(gè)溶液體積一半時(shí),取上清液測(cè)定其TOC值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 溶液pH 值對(duì)TOC 去除率的影響

由圖2可知,隨著溶液pH值的增加,溶液中TOC的去除率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。溶液的pH值直接影響著聚合硫酸鐵的較優(yōu)形態(tài)。當(dāng)溶液的pH值較低時(shí),聚合硫酸鐵沒有完全水解,此時(shí)溶液中TOC的去除率較低。當(dāng)溶液中pH值過高時(shí),會(huì)抑制聚合硫酸鐵的水解程度,降低TOC去除率。在本實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)溶液的pH值為8時(shí),聚合硫酸鐵為較優(yōu)形態(tài),此時(shí)較高的去除率為25.12%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí),當(dāng)溶液pH值為8時(shí)為較優(yōu)化條件。

3.1.3攪拌時(shí)間對(duì)TOC去除率的影響。

取50mL100mg/L的三聚氰胺模擬廢水于50mL燒杯中,調(diào)節(jié)至所需pH為8,分別加入濃度為1∶10的8mL聚合硫酸鐵混凝劑,分別攪拌至所需時(shí)間(30s、60s、90s、120s、150s、180s),靜置至礬花體積為整個(gè)溶液體積一半時(shí),取上清液測(cè)TOC值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 攪拌時(shí)間對(duì)TOC 去除率的影響

由圖3可知,隨著攪拌時(shí)間的增加,TOC的去除率呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)。當(dāng)攪拌時(shí)間較短時(shí),聚合硫酸鐵在溶液中沒有完全混合,所以此時(shí)的去除率較低,當(dāng)攪拌時(shí)間過長時(shí),沉降下來的絮體被打碎,降低了TOC的去除率。90s為較佳攪拌時(shí)間,此時(shí)達(dá)到較大去除率為23.09%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí),攪拌時(shí)間為90s時(shí)為較優(yōu)化條件。

3.1.4原水濃度對(duì)TOC去除率的影響

分別取50mL已知濃度(100mg/L、200mg/L、400mg/L)的三聚氰胺模擬廢水于50mL燒杯中,調(diào)節(jié)至所需pH為8,分別加入濃度為1∶10的8mL聚合硫酸鐵混凝劑,攪拌至所需時(shí)間90s,靜置至礬花體積為整個(gè)溶液體積一半時(shí),取上清液測(cè)定其TOC值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可知,隨著原水濃度的增加,TOC去除率先升高后下降,而TOC的去除量不斷增加。該數(shù)據(jù)表明,聚合硫酸鐵用量為8ml時(shí)不足以使高濃度廢水中的微粒沉降。在本實(shí)驗(yàn)所研究的范圍內(nèi),適合處理原水濃度為200mg/L的廢水溶液,去除率可達(dá)23.80%。

表1 原水濃度對(duì)TOC 去除率的影響

3.1.5助凝劑對(duì)TOC去除率的影響

取兩份50mL200mg/L的三聚氰胺模擬廢水于50mL燒杯中,分別采用NaOH溶液和Ca(OH)2溶液調(diào)節(jié)至所需pH為8,加入濃度為1∶10的8mL聚合硫酸鐵混凝劑,攪拌至所需時(shí)間90s,靜置至礬花體積為整個(gè)溶液體積一半時(shí),取上清液測(cè)定其TOC值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出,在較優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下,助凝劑的選擇對(duì)TOC的去除率有著重要的影響,溶液中污染物的性質(zhì)影響著助凝劑的選擇,在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)選擇NaOH為助凝劑,TOC去除率可達(dá)23.80%。

表2 不同助凝劑對(duì)TOC 去除率的影響

3.1.6硅藻土對(duì)TOC去除率的影響

取兩份50mL200mg/L的三聚氰胺模擬廢水于50mL燒杯中,調(diào)節(jié)至所需pH為8,分別加入濃度為1∶10的8mL聚合硫酸鐵混凝劑,向其中一份加入1g的硅藻土,另一份不加入,分別攪拌至所需時(shí)間90s,靜置至礬花體積為整個(gè)溶液體積一半時(shí),取上清液測(cè)定其TOC值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出,在較優(yōu)化的條件下,硅藻土對(duì)TOC的去除率有著重要的影響,加入硅藻土的廢水溶液中,TOC的去除率可達(dá)26.80%。該數(shù)據(jù)說明:硅藻土可以提高廢水溶液中TOC的去除率。

表3 硅藻土對(duì)TOC 去除率的影響

3.2較優(yōu)條件下處理三聚氰胺廢水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過以上一系列利用混凝原理進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),以TOC作為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)混凝法處理三聚氰胺廢水的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。從混凝劑的用量、溶液pH值、攪拌時(shí)間、助凝劑的選擇等方面進(jìn)行了探究,得到了較佳的工藝參數(shù)。即選定NaOH作為助凝劑,混凝劑聚合硫酸鐵用量為8mL,溶液的pH為8,攪拌時(shí)間為90s的條件下,處理原水濃度約為200mg/L的三聚氰胺廢水溶液,溶液的TOC去除率可達(dá)26.80%。從實(shí)驗(yàn)的處理效果看,聚合硫酸鐵混凝法處理三聚氰胺廢水是可行的。

4結(jié)論

本文用聚合硫酸鐵作為混凝劑處理三聚氰胺廢水,能達(dá)到較好的處理效果。通過比較不同條件下的混凝處理效果,選擇了較佳混凝條件:NaOH作為助凝劑、混凝劑的較佳用量為8mL、溶液的較佳pH值為8、攪拌時(shí)間為90s、原水濃度為200mg/L,TOC的去除率可以達(dá)到20%以上,初步證實(shí)了混凝法處理三聚氰胺廢水的有效性。

源潤產(chǎn)品

聚合硫酸鐵
液體聚合硫酸鐵
增強(qiáng)型聚合硫酸鐵
聚合硫酸鐵
污水除磷劑
固體聚合氯化鋁

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