不同氧化剂处理三乙醇胺缓蚀剂废水的试验研究

2021-01-05 03:53宋梓鹏林自力林泽铭南悦振
工业用水与废水 2020年6期
关键词:氧化剂次氯酸钠投加量

宋梓鹏, 林自力, 林泽铭, 南悦振

(秦皇岛莱特流体设备制造有限公司, 河北 秦皇岛 066004)

某装备公司水压试验排放的高浓度废水主要含有乙醇胺、 二乙醇胺、 三乙醇胺及消泡剂等有机污染物, 废水COD 的质量浓度高达12 800 mg/L 以上, pH 值在10 以上, 几乎无可生化性, 不能直接排至厂区污水处理管网, 否则将会对厂区污水处理系统造成严重冲击甚至瘫痪。 目前对类似含醇胺类有机污染物的废水大多采用生化处理, 以及化学预处理与生化结合的方法, 如微波光化学催化氧化法处理含甲基二乙醇胺废水[1], 多级物化处理和生化组合工艺处理高浓度有机胺废水[2], 络合萃取法[3]处理含胺有机废水, 离子交换法及Fenton 氧化法处理类似醇胺废水[4-5]。 上述工艺方法对含有类似污染物的废水具有一定的效果, 总体工艺较为复杂, 配套设施运行管理难度大, 没有普遍性。 而针对水压试验排放的含三乙醇胺类缓蚀剂及消泡剂的有机污染物废水的研究国内尚未见报道。

由于含醇胺类废水的组成差异较大, 相关处理技术及实际应用也各不相同。 根据该装备公司水压试验排放的乙醇胺缓蚀剂废水水质特征, 以及生产设施对处理周期的不确定性等要求, 采用化学氧化法预处理乙醇胺缓蚀剂废水, 以COD 去除效果为评价指标, 优选高效合适的化学药剂, 为该类废水的综合处理方案提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 主要仪器及药剂

仪器: 哈希DR900 多参数比色计, 哈希DRB200消解器, 酸度计等。

药剂: 高铁酸钾固体(90%); 双氧水溶液(30%); 次氯酸钠溶液, 有效氯为10%; 次氯酸钙固体, 有效氯为30%; 硫酸(10%); 二氧化氯试剂粉末, 有效氯为10%等。

1.2 试验用水

醇胺类物质为有机碱, 试验用废水pH 值在10以 上, COD 的 质 量 浓 度 高 达12 800 mg/L 以 上,BOD5的质量浓度小于100 mg/L。 废水呈乳白色,掺杂有黑色絮状物, m(BOD5)/m(COD)低于0.01,可生化性极差。

1.3 试验方法

根据废水特点, 选择常用强氧化剂高铁酸钾、二氧化氯、 双氧水、 次氯酸钠、 次氯酸钙进行试验研究。 室温下, 取调节反应池稳定化处理2~4 周后的废水, 在相同条件下做多种氧化剂的对比试验, 筛选出高效氧化剂, 进而改变优选氧化剂的反应条件, 如反应物浓度、 pH 值、 反应时间等, 通过梯度试验确定最佳参数。

(1) 氧化剂优选试验。 取水样100 mL 加入系列锥形瓶中, 分别添加各种氧化剂, 搅拌30 min,静止30 min, 取样待检测。

(2) 梯度试验。 取水样100 mL 加入系列锥形瓶中, 分别添加硫酸调节至所需pH 值后, 再添加不同剂量的优选氧化剂, 搅拌30 min 后, 定期取样检测。

1.4 分析方法

COD 浓度采用光度计进行比色检测。

2 结果与讨论

2.1 不同氧化剂对COD 去除效果的影响

取100 mL 水样6 份, 调节pH 值为5 后, 分别投加质量分数为3% 或30 mL 的氧化剂, 反应前测得水样中COD 的质量浓度为6 150 mg/L, 反应1 h 后, 分析检测COD 浓度, 考察相同剂量不同种类的氧化剂对COD 去除效果的影响, 结果如图1所示。

图1 不同氧化剂对COD 去除效果的影响Fig. 1 Effect of different oxidants on COD removal

由图1 可以看出, 次氯酸盐对含乙醇胺缓蚀剂废水的处理效果最好, 经反应1 h 后, COD 去除率达60% 以上, 其他氧化剂处理效果较低。 与次氯酸钙相比, 次氯酸钠的处理效果更佳, 处理后的废水产生淡香味; 次氯酸钠的溶解性更高, 因此废水中无沉淀物。 本试验所用氧化剂中, 作为氧化性最强的高铁酸钾未能表现出较高的COD 去除能力, 这与其自身浓度[6]、 形态及废水中污染物的种类及含量有关, 各污染物的竞争反应机制会影响其氧化性能[7-8], 由于三乙醇胺具有叔胺和醇的性质,与次氯酸根反应生产胺氧化物是COD 浓度降低的主要原因。 因此, 优选氧化剂为次氯酸钠。

2.2 氧化剂投加量对COD 去除效果的影响

取9 份100 mL 水样, COD 质量浓度均为6 600 mg/L, pH 值 均 为8.3。 考 察 次 氯 酸 钠 投 加 量 对COD 去除效果的影响, 结果如图2 所示。

图2 次氯酸钠投加量对COD 去除效果的影响Fig. 2 Effect of sodium hypochlorite dosage on COD removal

由图2 可知, 随着次氯酸钠投加量的增加,COD 去除率明显增加。 当次氯酸钠投加量低于60 mL 时, COD 去除率与其投加量几乎呈线性关系;当次氯酸钠投加量超过60 mL 时, COD 去除率增加趋缓。 因此, 考虑到经济性因素, 次氯酸钠的投加量不宜超过60 mL, 且应结合后续处理工艺的要求适当降低氧化剂的用量。

2.3 pH 值对COD 去除效果的影响

取6 份100 mL 水样, 用硫酸调节至不同的pH值后投加次氯酸钠60 mL, 反应前测得各水样COD的质量浓度为6 400 mg/L, 反应24 h 分析COD 浓度, 考察pH 值对COD 去除效果的影响, 结果如图3 所示。

图3 pH 值对COD 去除效果的影响Fig. 3 Effect of pH value on COD removal

由图3 可知, 废水pH 值会影响COD 降解效果, 酸性条件下COD 去除效果更加明显。 在pH 值为4.0 时COD 去除率达到最大值, 当pH 值为3.0~8.1 时次氯酸钠对COD 的去除率均超过90%, 此时pH 值的变化对COD 去除效果的影响并不明显。 当pH 值小于4.0 时, 酸度的增加与COD 去除效果呈反比趋势。 因此, 应结合实际工程需要确定适宜的pH 值, 本试验中最优pH 值为4.0。

2.4 反应时间对COD 去除效果的影响

取6 份100 mL 水样, 调节pH 值至4.0 后投加次氯酸钠60 mL, 反应前测得各水样COD 的质量浓度为6 350 mg/L, 考察反应时间对COD 去除效果的影响, 结果如图4 所示。

由图4 可知, 延长次氯酸钠与废水的反应时间, 可提高COD 去除率。 当反应时间超过3 h 时COD 去除得较为彻底, 去除率超过95%; 当反应时间超过24 h 时, COD 几乎被全部降解。 在实际工程项目通常设置调节池, 设计反应时间不宜少于3 h, 同时获得较高的性价比。

图4 反应时间对COD 去除效果的影响Fig. 4 Effect of reaction time on COD removal

3 结论

(1) 针对三乙醇胺缓蚀剂废水, 化学氧化法对COD 有明显的去除效果, 同等反应条件及投加剂量下, 次氯酸钠比高铁酸钾、 双氧水、 次氯酸钙、二氧化氯对废水COD 的去除效果更佳。

(2) 由于三乙醇胺具有叔胺和醇的性质, 与次氯酸根反应生产胺氧化物是废水COD 浓度降低的主要原因。

(3) 当次氯酸钠投加量为60 mL, pH 值为4~5, 反应时间超过3 h 时, COD 去除效果最佳, 去除率可达95% 以上, 出水COD 浓度完全满足后续生化工艺处理要求。

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