絮凝—微电解法处理DDNP废水实验研究*

林立君 贺 君

大庆石油学院秦皇岛分院 燕山大学环境与化学工程学院

(河北秦皇岛，066004) (河北秦皇岛，066004)

引言

二硝基重氮酚是苯酚的硝基衍生物，简称DDNP。它作为主要的起爆药被广泛地应用在各种火工品中，特别是大量应用在工业爆破雷管中。在DDNP的生产过程中，每生产1 kg产品大约产生200～250 kg废水，废水中含有二硝基重氮酚、硝基化合物、硫化物、硫代硫酸盐、酚类等很多有害物质，如不加处理直接排放就会污染环境，危害居民健康[1-2]。目前，一般采用的处理方法有:

(1)活性炭、磺化煤等多孔性物质吸附法，成本高、且处理不完全。

(2)电解还原分解法，耗电量大，成本高。

(3)生化法，微生物的生存、繁殖、活动规律难以掌握。

(4)锅炉蒸发法，腐蚀严重。

(5)氧化法，费用较高[3]。

因此，DDNP废水处理一直是困扰生产厂家的严重问题。

本文研究采用絮凝—微电解法处理DDNP废水，实验主要探讨了废水酸度、FeCl3投加量、铁屑粒度、过柱流速等因素对DDNP废水COD去除率的影响[1]，优选最佳工艺条件，为实现DDNP废水的进一步生化处理提供条件。

1 反应机理

1.1 酸化气浮机理

向混合废水中加浓硫酸，酸先中和废水中的OH-，当pH值呈中性之后，酸电离出的H+开始与废水中多种无机污染物进行反应，不断放出气体，主要是H2S、S2O、NO等，并产生S沉淀，大部分沉淀可被气泡吸附起到气浮的效果。

1.2 絮凝机理

絮凝工艺主要通过投加FeCl3产生的絮凝过程达到对COD的去除。

投加FeCl3后，Fe3+在水中离解，其水解产物兼有凝聚和絮凝两种作用。Fe3+还可以水解生成Fe(OH)3胶体，其表面积很大，活性较高，可以吸附废水中的悬浮颗粒，使呈分散状态的颗粒形成网状结构，成为更为粗大的絮凝体而沉淀。

1.3 微电解反应机理[1]

微电解处理废水过程具有多种反应机理，主要为电化学反应、氧化还原反应和电凝聚作用。废水中有机物的去除和脱色主要依靠新生态的[H]和新裸露的铁原子所具有的反应活性。

在电解质中，铁屑和碳粒形成微小原电池，铁屑作为阳极被腐蚀消耗，碳粒作为阴极，发生反应如下：

阳极过程：Fe-2e→Fe2+

阴极过程：2H++2e→2[H]→H2↑酸性介质

O2+2H2O+4e→4OH-碱性介质

新生态的[H]具有较高化学活性，能与溶液中的许多组分发生氧化—还原反应。在酸性条件下，不断进行铁屑的电化学腐蚀,使大量Fe2+进入溶液，不但有效地克服阳极的钝化，同时新生态的Fe2+也对偶氮性污染物有还原降解作用。Fe2+参与氧化—还原反应后生成Fe3+，由于反应后期溶液pH值升高，Fe2+、Fe3+水解成铁的络合物，能对废水中的其它胶体和悬浮物起到有效的吸附、凝聚及共沉淀作用。碳粒不仅具有很大比表面积，且其微观表面上含有大量不饱和键和含氧活性基团，在相当宽的pH值范围内对有机物分子有吸附作用[4-5]。

2 材料与方法

2.1 DDNP废水的来源及水质

DDNP生产废水主要来自还原、重氮化、洗涤工序、清洗工序、冲洗地面和设备等的排水。由于DDNP生产历程短，各生产操作熟练程度不同，因而产生的废水量有较大幅度的变化，并有接近体积比为1∶1的酸性和碱性两股废水，酸性废水pH值在5～6之间，碱性废水pH值在13～14之间。根据以废治废的原则，对酸碱废水直接混合，混合后废水pH值仍呈强碱性，且COD值在10000～12000 mg/L之间。

2.2 实验仪器、药剂与测定方法

实验仪器：COD测试回流装置；PHS—2型精密酸度计；柱式反应装置(自制)。

实验药品：浓H2SO4(分析纯)；铸铁屑(石家庄某机械厂)；焦碳粒(石家庄某焦化厂)；石灰乳(5%)；FeCl3(分析纯)。

测定方法：COD采用重铬酸盐法(GB11914—89)测定；pH值采用pH计测定。

2.3 实验方法

2.3.1酸化处理

向混合后的废水中加酸，调溶液的pH值为一定值。

2.3.2絮凝处理

向酸化后的废水中加入适量的FeCl3，搅拌，静置，然后过滤。絮凝后的上层清液作为下一步过柱的废水。

2.3.3装柱

铁屑过滤柱采用内直径为25 mm，高度为610 mm的有机玻璃柱，装填的滤料为废铁屑和焦碳混合物。将焦碳粉碎成粒度接近铁屑的粒度，然后按铁屑和焦碳比例为10∶1(体积比)混合均匀，装柱进行实验。

2.3.4过柱

总之，微课是对传统教学模式的创新，在传统的教学中起到了很好的辅助作用，有利于提高学生学习化学的兴趣，有利于提高课堂的教学效率，有利于节省课堂教学时间，有利于培养学生的自主学习意识和能力.但是也必须认识到课堂教学必须以教师的讲解为主，在适当的时候进行穿插运用，对教学起到辅助作用.

取处理后的废水，装入高位水槽，采用逆流式过柱，即按一定流速从柱子底部进水，上部出水。废水重复过柱4次，完成处理。

2.3.5中和

取过柱后的出水，用5%石灰乳调溶液pH值为8～9，过滤，测定废水的COD值。

3 结果与讨论

3.1 酸化pH值的确定

用浓硫酸调废水pH值约为3时，现象突然异常显著，产生大量刺激性的气体，并形成沉淀，大部分沉淀一经产生便有一部分被气泡吸附，使得废水表面浮现出大片黄棕色粘稠泡沫，酚盐类有机物在酸性环境中脱去金属离子与H+结合变为酚类，溶解度降低，析出部分沉淀。因此酸化废水pH值确定为3。

3.2 FeCl3浓度的确定

选用粗铁屑柱(2～3mm)，调混合废水pH=3，分别加入浓度为1 g/L、3 g/L、5 g/L和7 g/L的FeCl3，控制相同的过柱流速为20 滴/分 ，COD去除率曲线如图1所示。

图1 FeCl3浓度与COD去除率的关系

由图1可以看出，随着FeCl3浓度的不同，COD的去除率明显不同。当FeCl3浓度为3 g/L时，COD的去除率随过柱次数的增多有一明显的上升趋势，而且，去除效果最好。因此，FeCl3的浓度确定为3g/L。

3.3 铁屑粒度对废水处理效果影响

选用粗铁屑柱，调混合废水pH=3，按加入浓度为3 g/L的FeCl3，预处理后的废水再通过不同粒度铁屑装成的处理柱，控制过柱流速均为20 滴/分，COD去除率如图2所示。

图2 铁屑粒度与COD去除率的关系

由图2可以看出，铁屑粒度在柱式反应装置中对废水的处理效果相差不多，然而由于细铁屑(0.5～1.0mm)空隙率较小，进水受阻力较大，导致废水与铁屑接触不充分，且废水与铁屑形成的颗粒较小的沉淀物也更易积留在铁屑柱内，使铁屑柱更容易老化，因此确定选择粗铁屑柱。

3.4 过柱流速的确定

选用粗铁屑柱，调混合废水pH=3，加入浓度为3 g/L的FeCl3，控制流速分别为20、40、60 和80滴/分 ，COD去除率如图3所示；加入浓度为5 g/L的FeCl3，其余条件同上，COD去除率如图4所示。

图3 流速与COD去除率的关系

图4 流速与COD去除率的关系

由图3，图4可以看出， FeCl3浓度控制分别为3 g/L和5 g/L的情况下，流速都控制在60 滴/分时，COD的去除率最佳，并且当FeCl3浓度为3 g/L时，COD去除率最高，COD值可达943.8 mg/L，去除率可达93.90%。

4 结论

(1)用絮凝—微电解法处理DDNP废水，酸化pH控制在3，絮凝工艺控制FeCl3的加入量为3 g/L，絮凝预处理后的废水进行4次重复过柱，流速控制在60 滴/分，COD值可达943.8mg/L，去除率可达93.90%，因此提高了废水的可生化性(BOD与COD的比值)，为后续生化处理提供了有利条件。

(2)铁屑粒度对废水的处理效果影响不大，而细铁屑更容易使柱老化，因此，选择粗铁屑装柱较好。

(3)实验所用原料铁屑和焦炭均为工厂废弃物，基本上是以废治废，且工艺设备简单，成本低，是一种值得推广的DDNP废水处理方法。

[1] 梁培煜,马艳然,孙汉文.电化学法处理二硝基重氮酚废水的研究[J].河北师范大学学报, 2002, 26(3):283-285.

[2] 欧阳顺利,白金保.DDNP废水处理新方法研究[J].新疆环境保护, 2002, 25(3)：20-23 .

[3] 宋晓敏,王惠娥,李广学,等.铁屑—粉煤灰微电解法处理DDNP废水[J].爆破器材, 2005, 34(4):36-38.

[4] 朱洪涛,张振声,许佩瑶.粉煤灰铁屑组合处理印染废水的研究[J].环境科学与技术, 2002, 25(4):8-9.

[5] 伍文波,林洁,韩统昌.利用废铁屑和粉煤灰的电化学原理处理印染废水的方法研究[J].中国环境监测, 2003,19(1):47-49.