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  • 二氧化氯在净水工艺中的运用   阅读:Loading...[2012-05-07]

催化氧化法是近年来发展起来的水处理高级氧化技术之一,它是在化学氧化法的基础上改进、发展起来的,并逐渐成为研究的一个热点。利用催化氧化法处理印染、染料废水的报道很多[1~9]。常用的氧化剂有O3、H2O2、NaClO3及ClO2等,其中,二氧化氯是一种新型高效氧化剂,在水处理氧化消毒及造纸、纸浆工业的漂白等行业使用较为广泛,对染料废水也具有很好的脱色效果[3]。本文以二氧化氯作氧化剂,自制催化剂,催化氧化处理几种染料模拟废水,取得了满意的效果。

 

1实验部分

1.1实验药品与材料

硝酸铜、硝酸镍、硝酸锌、硝酸锰、硝酸钾(AR);氢氧化钠与浓盐酸(AR);粒状活性炭(北京光华活性炭厂),γ-Al2O3(AR)。

 

本实验采用配制的染料模拟废水,活性艳蓝(模拟废水Ⅰ),其CODCr为598mg/L;阳离子艳红X-5GN(模拟废水Ⅱ),其CODCr为645

mg/L;分散兰2BLN(模拟废水Ⅲ),其CODCr为682mg/L。

采用化学法[3]制取一定浓度的二氧化氯水溶液。

1.2催化剂的制备

(1)活性炭为载体催化剂:活性炭用浓度为6%的硝酸盐溶液浸渍24h,抽滤出浸余液,水洗后晾干,然后在85℃下干燥2h并置于120℃烘箱6

h后,放于260~300℃马弗炉中恒温12h,得7种催化剂分别为1#Mn/AC、2#Ni/AC、3#Zn/AC、4#Cu/AC、5#Cu-Ni/AC、6#Cu-Ni-K/AC、7#AC。

 

(2)γ-Al2O3为载体催化剂:浸渍过程与活性炭载体催化剂相同,将负载后的载体在85℃下干燥12

h,在450℃下灼烧4h,得2种催化剂为:8#Zn-Ni/γ-Al2O3、9#Ni/γ-Al2O3。

 

1.3实验步骤

(1)二氧化氯化学氧化实验:不加催化剂,直接用二氧化氯氧化处理染料模拟废水,重点考察反应时间、溶液的pH及氧化剂用量对氧化处理效果的影响。

 

(2)催化剂的筛选实验:将自制的九种催化剂与二氧化氯组成催化氧化体系,对染料模拟废水进行催化氧化处理实验,筛选最佳的催化剂。

(3)催化氧化实验:重点考察催化剂投加剂量、氧化剂投加量、溶液的pH、反应时间对模拟废水的催化氧化处理,确定最佳工艺条件。

2结果与讨论

2.1二氧化氯化学氧化实验结果与讨论

取三种模拟废水,投加不同剂量的二氧化氯溶液,调节反应的pH,在室温下振荡反应一段时间,测定反应后溶液的CODCr值,计算CODCr去除率。确定了最佳的工业条件为:二氧化氯投量2.0%(1.0%的水溶液)、反应时间60

min、反应的pH为3~5。在此工艺条件下重复实验5次,结果见表1。

表1化学氧化模拟废水实验结果

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从表1数据说明,二氧化氯氧化模拟染料废水处理效果稳定,但CODCr去除率较低,且对三种不同的染料废水没有明显差异。

2.2催化氧化实验的实验结果与讨论

2.2.1催化剂优选实验

分别取模拟废水Ⅰ和Ⅱ各100mL,投加二氧化氯溶液2mL(1.0%的水溶液)和自制催化剂(浸渍染料废水)4.0g,调节水样的pH=3~5,室温下振荡反应60

min。测定反应后的CODCr值,计算CODCr去除率,结果见表2。

从表2结果可知,加入催化剂对模拟废水进行催化氧化的效果良好,CODCr去除率明显升高,除1#Mn/AC和7#AC外,对模拟废水Ⅰ节能环保小知识和模拟废水Ⅱ的CODCr去除率均在70%以上,特别是2#(Ni/AC)催化剂对两种模拟废水的CODCr去除率率最好,分别达83.6%和88.5%。因此,确定2#(Ni/AC)催化剂为最佳催化剂。

 

 

表2催化剂筛选实验结果

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2.2.2催化剂最佳投加量分析

分别投加不同量的2#(Ni/AC)催化剂,结果得知催化剂投加在0.03~0.06

g/mL时,效果最好。本文选择0.04g/mL作为最佳投加量。

2.2.3反应pH对处理效果的影响

分别取三种模拟废水100mL,加入4.0g2#(Ni/AC)催化剂,投加2mL二氧化氯溶液,调节水样的pH后,常温下振荡反应60min,测定反应后模拟废水的CODCr值,计算相应的去除率,结果见图1。

 

从图1可知,模拟废水Ⅰ与Ⅲ的CODCr去除率变化不大,在pH3~5内,CODCr去除率最大;对模拟废水Ⅱ,去除率随pH增大而增大,当pH=6.64时,出现最大值。综合考虑,确定pH在3~7为最佳条件。

 

2.2.4氧化剂用量对处理效果的影响

分别取三种模拟废水100mL,加入4.0g2#(Ni/AC)催化剂,调节模拟水样的pH=4左右,投加不同量的氧化剂,常温下振荡反应60

min,实验结果见图2。

从图2可知,在氧化剂二氧化氯用量小于20mg(100mL模拟废水)时,三种模拟废水的CODCr去除率随氧化剂用量增加而快速上升;大于20

mg后,CODCr的去除率变化不大。由此确定氧化剂的最佳投加量为20mg(100mL模拟废水)。

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2.2.5反应时间对处理效果的影响

分别取三种模拟废水100mL,加入4.0g2#(Ni/AC)催化剂、20mg二氧化氯氧化剂,调节pH=4下,常温下振荡反应不同时间,结果见图3。

 

图3中三个反应15min内COD去除率增加迅速,在15~45min时间段,CODCr去除率增加变缓,反应45min后,CODCr去除率增长不大。由此可以确定实验的最佳反应时间在45

min。

2.2.5最佳条件下重复实验

在以上确定的最佳实验条件(即二氧化氯量为20mg、pH=3~7、2#催化剂4.0g、反应时间45min)下,对模拟废水Ⅱ重复进行了5次实验,CODCr平均去除率为88.6%,结果表明废水处理稳定。

 

2.2.6催化剂重复使用实验

在上述确定的最佳条件下,对模拟废水Ⅲ重复实验9次,实验结果如图4。

从图4中结果可知,催化剂重复使用4次,CODCr去除率均在88.4%以上,第6次以后,去除率明显下降,重复使用8次时,CODCr去除率只有64.3%,说明催化剂已经部分失活。

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3结论

(1)ClO2催化氧化对三种模拟废水均有较强的CODCr去除能力,在氧化剂投加量相同条件下,对比化学氧化,CODCr去除率由平均24.3%提高到88.6%,催化氧化效果明显。

 

(2)通过对自制催化剂的优选实验,确定了ClO2催化氧化法处理模拟废水最佳催化剂为2#Ni/AC,在此催化剂作用下,ClO2对三种染料模拟废水均有较好的氧化效果,CODCr平均去除率为88.6%。

 

(3)通过催化氧化实验确定了ClO2催化氧化处理三种染料模拟废水的最佳工艺条件为:氧化剂用量为0.2mg/mL,pH=3~7,催化剂4.0

g,反应时间45min。催化剂可以重复使用5~6次以上。

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