零价铁还原处理卷烟焦油废水-科普123

零价铁还原处理卷烟焦油废水

安健环2023-02-12 02:25:38百科知识库

零价铁还原处理卷烟焦油废水

1 引言

随着我国经济的飞速发展，烟草行业得到了快速发展。卷烟生产过程中产生的废水中含有大量的高浓度有害物质，若直接排放到大自然中会引起严重的环境污染［1］。由我国卷烟厂的废水排放状况调查统计可知，卷烟厂废水排放量为每箱烟0．35 －0．60m3［2-3］。烟草废水中较难处理的是焦油废水，其含有大量的有机物，COD、色度较高，可生化性差［4］。目前国内卷烟厂在污水处理方面已采用的处理方法主要有物化处理、生化处理以及两者相结合的处理等［5-6］。本研究采用零价铁还原卷烟焦油废水，考察了不同因素对处理效果的影响，为该类废水的达标排放提供一条崭新的途径。

2 实验方法

卷烟焦油废水的原水样色度较深，深棕色，气味大，较粘稠，水样中的CODCr含量高。将原水样稀释约1300 倍(稀释完后进行了实验验证，结果可行) 。稀释后的水样呈土色，色度比原水样小，水样中的CODCr值大大降低。通过多组无针对性实验可得大致的实验药品投加量和实验条件:废水中NaCl 质量浓度在200 mg /L 左右，铁粉量在20 g /L 左右，pH值在3 左右，搅拌时间在30 min 左右。通过机械搅拌器进行搅拌使反应充分进行，反应结束后用氢氧化钠调节水样的pH 值至10 左右，测定处理后水样和原水样的CODCr值，得出CODCr的去除率。

3 结果分析

3．1 铁粉量的影响

取60mL 稀释过的水样于五个烧杯中，分别加入相同量的NaCl 0．012 g(200 mg /L) ，各烧杯分别加入0．5 g(8．3 g /L) 、0．8 g(13．3 g /L) 、1．2 g(20g /L) 、1．5 g(25 g /L) 、1．8 g(30 g /L) 铁粉，调节废水pH 值均为3，搅拌30 min 后测定各水样CODCr值，结果见图1。

由上图可知，最佳铁粉量为1．2 g(20g/L) 。不同量的零价铁与相同量的盐酸反应，反应的程度会有所区别。零价铁过少，与盐酸反应不充分，盐酸有剩余; 零价铁过多，与盐酸反应过分，零价铁有剩余，所以当零价铁与盐酸的反应较完全的时候，两者中任意一方的剩余量为最低，化学反应最佳，反应效果最好。

3．2 pH 值对CODCr去除率的影响

取60mL 稀释过的水样于五个烧杯中，分别加入相同量的NaCl 0．012 g(200 mg /L) ，铁粉量1．2g(20g /L) ，用盐酸调节溶液的pH 值，使五个烧杯中溶液的pH 值依次为1，2，3，4，5，搅拌30 min 后测定各水样CODCr值，结果见图2。

由上图可知，最佳pH 值为2。盐酸过少，与零价铁反应不充分，零价铁有剩余; 盐酸过多，与零价铁反应过分，盐酸有剩余，所以当零价铁与盐酸的反应较完全的时候，两者中任意一方的剩余量为最低时，化学反应最佳，反应效果最好。在上述实验中，由CODCr的去除率可知，酸的pH 值为2 为最佳值，即与零价铁的反应最充分，最完全。

3．3 氯化钠投加量对CODCr去除率的影响

取60mL 稀释过的水样于五个烧杯中，分别加入0．010 g(166．7 mg /L) 、0．012 g(200 mg /L) 、0．015 g (250 mg /L) 、0．018 g (300 mg /L) 、0．020 g(333．3 mg /L) 的氯化钠，加入相同量的铁粉量1．2g(20 g /L) ，调节溶液的pH 值为2，搅拌30 min 后测定各水样CODCr值，结果见图3。

由上图可知，最佳氯化钠的量为0．018 g(300mg /L) 。加入氯化钠的原因有两个，第一是因为氯化钠在搅拌过程中作为电解质，可以增加溶液的导电性; 第二是由于铁屑表面会产生氧化膜，即氧化铁，所以在酸性条件下，氯化钠可以与氧化铁反应，去除铁屑表面的氧化膜，防止其钝化，使反应更充分。但是，加入氯化钠对实验也有不良影响，在水样处理完毕后，用重铬酸钾法测量水样中CODCr值时，氯化钠中的氯离子就会成为干扰离子，对水样中CODCr的测定有影响。

3．4 搅拌反应时间对CODCr去除率的影响

取60mL 稀释过的水样于五个烧杯中，分别加入相同量的NaCl 0．018 g(300 mg /L) ，然铁粉量1．2g(20 g /L) ，调节溶液的pH 值为2，各烧杯搅拌时间对分别为30，45，60，75，90 min 后测定各水样CODCr值，结果见图4。

由上图可知，最佳搅拌时间为75min，通过搅拌Fe 和水样充分接触，水样中的各种反应也可以充分地进行，有利于去除水样中的有机物。但是，如果搅拌反应时间太长，水样中发生的各种反应达到一种平衡，将不再进行反应。所以，在系统进行了一定时间的反应以后，CODCr的去除率几乎不再变化，趋于平稳。

3．5 正交试验设计

通过单因素实验的数据已经找到了各个因素的最佳值，下面就需要通过正交试验来找出什么水平的组合是最好的，能使去除率达到最大。正交试验是研究多因素多水平的一种设计方法。

通过上述实验数据已得出了四个因素的最佳值，把这四个因素作为变量，以最佳值为中心数，上下各再取一数值，做一个四因素三水平的正交试验。

由上表可知，该实验的最佳组合条件为氯化钠量为0．024 g(400 mg /L) ，铁粉量为1．8 g(30 g /L) ，pH 值为2，搅拌时间为75 min，在该条件下，CODCr的去除率达到最大值。

氯化钠的量的极值为6．6，铁粉量的极值为9．5，pH 的极值为3．6，搅拌时间的极值为10．2，所以搅拌时间对实验的影响最大，铁粉量次之，氯化钠的量第三，pH 值影响最小。在实验中存在着误差，有人为误差和仪器误差，人为误差主要是因为在调节溶液pH 值时，由于实验条件有限，就用pH 试纸代替pH 计，在测量过程中，通过肉眼与试纸的对比来确定pH 值，所以可能存在同一pH 值下盐酸的量加多或加少的情况，这时搅拌时间的影响就会增大，即铁与盐酸的反应是否充分。

在实验中，加入铁粉的同时也加入了氯化钠，这是因为氯化钠在搅拌过程中作为电解质，可以增加溶液的导电性，同时，由于铁屑表面会产生氧化膜，即氧化铁，所以在酸性条件下，氯化钠可以与氧化铁反应，去除铁屑表面的氧化膜，防止其钝化，使反应更充分。

理论上，当用碱调节溶液的pH 时，最后溶液应呈现红棕色，因为Fe(OH)3是红棕色沉淀，但本实验的现象是溶液为灰绿色沉淀，原因是该灰绿色沉淀是Fe(OH)2和Fe(OH)3的混合物，是过度颜色，为反应的中间产物，之所以会出现这样的过渡色，是因为氢氧化钠过量。在实验过程中，调节碱的pH值是通过添加氢氧化钠来实现的，因为是用pH 试纸来调节碱的pH 值，所以人为误差造成氢氧化钠过量，故溶液中多为灰绿色的絮状物。。

由上述正交试验的数据分析可得最佳组合条件为氯化钠量为0．024 g(400 mg /L) ，铁粉量为1．8 g(30 g /L) ，酸的pH 值为2，搅拌时间为75 min。得出最佳条件后，为了验证这是否为最佳条件，在该条件下的CODCr的去除率是否是最高，又做了三组平行的验证实验，见表2。