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铁炭微电解法处理丙烯腈废水

        丙烯腈是工业中常见的,无色,具有苦杏仁味的高毒性有机腈类化合物。其作为一种重要的化工原料,广泛应用于合成纤维、合成橡胶、合成塑料和合成树脂等工业领域。同时丙烯腈的聚合物及衍生物在建材及人们的日用品中也具有广泛的用途。丙烯腈及其产品在给人们的日常生活提供极大便利的同时,它带来的污染也是不容忽视的。丙烯腈具有高毒性和潜在的遗传毒性,被列为优先控制的污染物之一,破坏水体生态系统,严重危害人类的健康。无论是直接吸入还是经过皮肤吸入,都会产生毒害作用,甚至中毒致死。经过驯化后的微生物能够分解丙烯腈,但是丙烯腈具有高毒性,能够抑制微生物的活性,并且生物处理系统对丙烯腈废水的抗冲击性差。因此,需要对丙烯腈废水进行预处理,破坏丙烯腈的氰基键(C≡N),降低毒性,提高可生化性。笔者以丙烯腈模拟废水为研究对象,用铁炭微电解法处理丙烯腈废水,考察铁炭微电解系统对丙烯腈的分解转化过程。

材料与方法

1. 1 仪器和试剂

CODCr采用CTL-12 型化学需氧量速测仪(承德市华通环保有限公司测定; TOC TN 浓度采用TOC-VCPH型总有机碳测定仪(日本岛津测定丙烯腈浓度采用1200 系列高效液相色谱仪(安捷伦,美国测定采用UV 1700 紫外可见光谱仪(日本岛津测定废水的紫外可见吸收光谱。

材料及试剂粒径为58 mm的铁屑(北京巩义明建科技有限公司) ; 粒径为35 mm的煤质颗粒状活性炭(北京巩义明建科技有限公司) ; 丙烯腈(分析纯,上海光复试剂加工厂) ; 试验所用其他药剂均为分析纯试剂。

1. 2 模拟废水

实验室配置浓度为100. 0 mg/L 的丙烯腈模拟废水,模拟废水中添加50. 0 mg/L 无水Na2SO4作为电解质,其常规水质特征如表所示。

1. 3 试验装置

为铁炭微电解反应器示意图。反应器由有机玻璃制成,内径50 mm,高500 mm,底部距承托层高度为60 mm,出水管距反应器顶部50 mm,填料上部保护高度为10 mm

 

 

 

1. 4 试验方法

为了考察活性炭物理吸附作用对丙烯腈去除的影响,采用两个反应器同时进行: 1) 填充体积比为1∶1铁炭填料的铁炭微电解反应器; 2) 填充与微电解反应器等量的活性炭填料(不添加铁填料作为活性炭对照试验装置。反应器连续运行,水力停留时间为4 h,进水pH 4. 0,每两天取样一次,样品中加碱沉淀去除Fe2+/Fe3+,静置后取其上清液调节pH 至中性条件,进行CODCrTOCTNNH4+-N 及丙烯腈浓度的测定。铁炭微电解系统稳定运行时,采用紫外可见光谱仪检测反应器处理出水的紫外吸收光谱的变化。

1. 5 分析测试方法

采用液相色谱仪定量分析废水中丙烯腈浓度,选用Ecilipsex DB-CN 型色谱柱(5μm4.6 mm×150 mm) 。流动相配比水相与甲醇相的体积比为70∶30,流动相流速为0. 8 mL/min; 柱温为25 ℃; 采用MWD 型紫外检测器检测波长采用205 nm

UV-1700 型紫外可见光谱仪,波长扫描范围为190350 nm; 扫描速度为中速精度为0. 5 s

结果与讨论

2. 1 铁炭微电解系统对废水CODCr的去除

为连续运行的30 d 内,铁炭微电解系统和活性炭对照试验处理出水及进水CODCr的变化。由图可见,在整个运行过程中活性炭对照试验出水CODCr呈逐渐增加趋势,且在连续运行30 d 后,其出水CODCr已经基本达到进水的水平。表明活性炭对丙烯腈废水仅具有吸附作用,且连续运行30 d 后活性炭吸附逐渐饱和,从而失去对丙烯腈的去除能力。

Fig. 2 CODCr removal of micro-electrolysis and activated carbon control experiment

铁炭微电解系统处理出水的CODCr在整个过程中同样呈增加趋势,但是其出水CODCr始终低于活性炭对照试验,表明铁炭微电解系统能够分解丙烯腈。铁炭微电解系统处理出水CODCr的逐渐升高,可能是因为铁炭微电解系统中形成的自由氢基[H]和新生成的Fe2 +仅能够破坏丙烯腈分子结构中氰基键(C≡N),并分解转化生成酰胺类和有机酸类更小分子的化合物,而不能够彻底矿化丙烯腈。

2. 2 TN 的去除效果

为连续运行的30 d 内,铁炭微电解系统和活性炭对照试验处理出水及进水TN 浓度的变化。如图所示,在整个运行过程中活性炭对照试验出水TN 浓度呈逐渐增加趋势,且在连续运行30 d 后,其出水TN 浓度已经基本达到进水的水平。活性炭对照试验出水TN 浓度的变化规律和CODCr基本一致,进一步验证了活性炭对丙烯腈废水仅具有吸附作用。

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作者:/发布日期:2012/5/25 10:02:00
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