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探讨利用聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺对餐饮污水的处理

    发布时间:2019年7月7日    点击数:684   【

近年来,城市生活污水排放量增大给城市的污水处理带来了难题。餐饮污水作为城市生活污水的重要组成部分,一直引起社 会的高度重视。餐饮污水本身含油污量高,再加上洗涤剂的使用,使得油污悬浮于废水之中,不易沉降,也使水中的COD量增大 了,处理起来更为困难。

化学需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量,是衡量水中有机物质含 量多少的重要指标,也是衡量水质有机污染和水排放是否达标的 重要指标。在目前乃至将来很长一段时间,都将会作为人们设 法降低的一大目标。目前COD降低的方法有Fenton法、絮凝法、电解氧化法。本试验采用絮凝法处理餐饮污水,降低COD含量90%以上,达到国家排放标准。

1 实验原理

餐饮污水中悬浮物较多,COD约为800mg/L,不能直接排放, 本实验采用无机絮凝剂聚合硫酸铁和有机絮凝剂聚丙烯酰胺相结 合的方式处理。与其它无机絮凝剂相比,聚合硫酸铁具有较强的凝聚力,主要是因为它在水中水解产生[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+等一系列多核高价的络合阳离子,在一定条件下,这些络合阳离子能中和水中的带电粒子,增大颗粒间在水中的不稳定性,当它们相互运动碰撞时就会聚集起来形成矾花状沉淀。当向水中加入絮凝剂聚丙烯酰胺时,聚集的速度加快,聚丙烯酰胺和聚合硫酸铁均具有线性结构,对固体颗粒具有较强的吸附作用,同时它们都具有架桥联结作用,通过高分子絮凝剂的许多链节架桥联结在不同颗粒表面上,使颗粒逐渐增大,进而沉淀下来。

2 试验仪器与试剂

表1 实验仪器
名称 规格 生产厂家
电子天平 SL502N 上海民桥精密科学仪器有限公司
集热式恒温加热磁力搅拌器 DF-101S 郑州长城科工贸易有限公司
鼓风干燥箱 FN101-2BS 长沙仪器仪表厂

 

另实验过程中的烧杯、玻璃棒、烧瓶、洗瓶、冷凝管、橡皮 管、量筒、药匙、滴管、酸式滴定管、移液管、容量瓶、防爆沸 玻璃珠、pH试纸、吸耳球等的规格和数量随实验操作所需而定。

表2 实验试剂
名称 规格 生产厂家
重铬酸钾 AR 广州汕头市西陇化工厂
1,10-菲绕啉 AR 广州汕头市西陇化工厂
七水合硫酸亚铁 AR 天津市远航化学品有限公司
硫酸亚铁铵 AR 天津市远航化学品有限公司
浓硫酸 CR 湖南株洲市化学工业研究所
氢氧化钠 CR 长沙湘科精细化工厂
过氧化氢 CR 长沙湘科精细化工厂
聚合硫酸铁 含铁>22 % 四川眉山东江化工厂
硫酸银 CR 天津市东丽区大毕庄镇欢坨村
邻苯二甲酸氢钾 AR 天津市东丽区大毕庄镇欢坨村

3 实验步骤

3.1 COD 含量测定方法的选择

COD 的测量方法和仪器有很多,目前使用最普遍的是酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法。高锰酸钾法,氧化率较低,但 比较简便,在测定水样中有机物含量的相对比较值及清洁地表水和地下水水样时,可以采用。重铬酸钾法,氧化率高,再现性好, 适用于废水监测中测定水样中有机物的总量。本实验采用的就是GB11914-89 重铬酸盐法来测定水样中的COD含量。

3.2 溶液的配置

(1)硫酸—硫酸银溶液:向1L浓硫酸中加入10g硫酸银,静置1~2天使之溶解,使用前小心摇动混匀。

(2)重铬酸钾标准溶液(C(1/6K2Cr2O7)=0.250mol/L):称取 12.258g重铬酸钾在105℃下干燥2h后,溶于水,稀释至1000mL。

(3) 硫酸亚铁铵标准溶液(C[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]≈0.10mol/L):称取39g硫酸亚铁铵溶于水中,并加入20mL浓硫酸,待溶液冷却后,稀释至1000mL。

(4)邻苯二甲酸氢钾标准溶液(C(KC8H5O4)=2.0824 m mol/L):称取0.4251g邻苯二甲酸氢钾在105℃下干燥2h后,溶于水,并稀释至1000mL。

(5)1,10-菲绕啉指示剂溶液:称取0.7g七水合硫酸亚铁 (FeSO4·7H2O)溶于50mL的水中,加入1.5g 1,10-菲绕啉,搅拌至溶解,稀释至100mL。

3.3 餐饮污水COD含量的测定

(1)去干扰试验:如果水样中含有无机还原性盐类如亚硝酸盐、硫化物及二价铁盐会使COD测定结果增加,但实际测定过程中将其需氧量作为水样COD值的一部分。该方法测定COD主要受氯化物的干扰物,可加入硫酸汞与氯离子形成可溶性的氯汞络合物除去。

(2)水样的测定:用移液管分别量取稀释后的水样20.0mL和重 铬酸钾标准溶液10.0mL于圆底烧瓶中,摇匀。将溶液稀释至140mL左右,滴加3滴试亚铁灵指示剂,再用硫酸亚铁铵标准溶液滴定,溶液由黄色经蓝绿色变为红褐色即为滴定终点。记录硫酸亚铁铵标准溶液的消耗体积V2。

(3)空白试验:按上述步骤以20.0mL蒸馏水进行空白试验,记录下滴定时硫酸亚铁铵标准溶液的消耗体积V1。

(4)校核试验:按测定水样COD的方法测定20.0mL邻苯二甲酸氢钾标准溶液的COD值。该标准溶液理论COD值为500mg/L,如果校核试验的结果大 于该值的96%,即可认为实验结果基本准确。

(5)计算方法:

以mg/L为单位计的水样化学需氧量,计算公式如下:

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

式中:

C:硫酸亚铁按标准溶液的摩尔浓度;

V0:水样的体积,mL;

8000:1/4O2的摩尔质量以mg/L为单位的换算值。

3.4 餐饮污水处理方法

取一定量餐饮污水于烧杯中,用H2SO4或NaOH调节pH为最佳值后,边搅拌边加入一定量的聚合硫酸铁和一定量的聚丙烯酰胺,静置30分钟,取上清液测COD。

4 实验结果及讨论

4.1 实验结果

按照上述COD的测定方法和步骤,分别测出用絮凝剂处理前的餐饮污水水样和处理后的水样,实验结果见下表。

表3 处理前水样的COD
水样 重铬酸钾的量/mL 硫酸亚铁铵的量/mL COD/(mg·L-1)
蒸馏水(空白实验) 20 mL 20 37.5
邻苯二甲酸氢钾溶液(C=2.0824m mol/L) 20 mL 20 26.5 499.84
理论值:500

从上表可以看出,以蒸馏水作空白试剂,实验测得邻苯二甲酸氢钾溶液的COD为499.84mg/L,而理论值为500mg/L,说明实验步骤和试剂是可行的。

表4 处理后水样的COD
水样/mL 絮凝剂 COD/(mg·L-1)
500 未加絮凝剂 727.4
500 加聚合硫酸铁
未加聚丙烯酰胺
234
500 加聚合硫酸铁
加聚丙烯酰胺
72.6

 

由表4可知,聚合硫酸铁能够有效的去除水样中COD,去除率达67%;经过聚合硫酸铁处理后,再在水样中加入少量的聚丙烯酰胺,经测定COD去除率达90%,比单独使用聚合硫酸铁效果好,这可能是由于聚丙烯酰胺这种高分子的吸附架桥作用,使颗粒逐渐增大,加速了絮状物的形成和沉淀,增强了COD的去除效果。

4.2 聚合硫酸铁投加量的影响

表5 聚合硫酸铁量对COD 去除的影响
  水样/mL 聚合硫酸铁投加量/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,随着聚合硫酸铁投加量的增加,水样中COD值越来越低,当聚合硫酸铁投加量达到0.6g时,水样变成红色, 可能是由于过量的聚合硫酸铁水解产生的H+较多,使溶液呈酸性而产生了Fe3+

4.3 聚丙烯酰胺投加量的影响

由表6可知,当聚合硫酸铁加入量一定时,随着聚丙烯酰胺加入量的增加,悬浮物的沉降速度加快,当聚丙烯酰胺量增加至 0.5g时,达到峰值,继续增加聚丙烯酰胺量,水样中的聚合硫酸铁沉降不下来,悬浮在水溶液中。这可能是由于聚丙烯酰胺加人 量增加到一定程度时,影响了其线性链的伸展性,不利于对悬浮物的桥联、吸附作用,导致了絮凝效果的下降。因此,在本次 实验中选定聚合硫酸铁加人量0.5g,聚丙烯酰胺加人量0.4g。

表6 聚丙烯酰胺量对COD去除的影响
  水样/mL 聚合硫酸铁投加量/g 聚丙烯酰胺投加量/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对COD去除的影响
  水样pH COD/(mg·L-1)
1 5
2 6 92
3 7 73
4 8 74
5 9 73

 

聚合硫酸铁在水中发生水解反应,不断释放出H-,导致溶液酸性增强,pH下降。如果水样酸性较低,就会使聚合硫酸铁水解产生的多核高价络合阳离子分解生成Fe3+,进而失去了絮凝的效 果。由上表可知,溶液pH≥6聚合硫酸铁—聚丙烯酰胺能有效降低水中COD,溶液pH<6时聚合硫酸铁就水解生成Fe3+,进而失 去了絮凝的效果。

5 结论

采用无机絮凝剂聚合硫酸铁和有机絮凝剂聚丙烯酰胺相结合的方式对餐饮污水进行处理,使水样COD值降低为73mg/L,COD去除率达到90%以上。该方法的操作条件为:pH=9的500mL水样,聚合硫酸铁投加量0.5g,聚丙烯酰胺投加量0.4g,沉降30min。使用聚合硫酸铁与聚丙烯酰胺构成的无机-有机絮凝剂复配可以减少絮凝剂的投加量,节约成本,而且絮凝效果较好。复合絮凝剂充分发挥了无机絮凝剂电中和作用和有机高分子絮凝剂的架桥作用,使其优点协同发挥,形成的絮体大而密实。有机絮凝剂的 加入使絮体得抗剪切性能好,沉降速度,絮凝效率显著提高。

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