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酸化Fenton混凝工艺处理印制电路板显影废水

 

        目前,处理印制线路板(PCB)高浓度有机废水的主要方法有电解氧化法、活性炭吸附法、化学氧化法、絮凝法、生化法等。近年来代PCB行业不断发展,污水产生量越来越大,水质也越来越复杂,各处理方法都存在一定的弊端,仅通过单一方法难以满足要求,利用多种方法联合处理是PCB废水处理技术的发展方向。

        根据显影废水水质的特点,结合近年来国内外在PCB废水深度处理方面取得的新进展,笔者将酸化-Fenton试剂氧化-混凝法进行联合处理PCB废水,以期取得理想效果。

1、实验材料与方法

1.1实验材料

        实验仪器:ZR4-6六联混凝试验搅拌机(深圳中润);磁力搅拌器(oxiTOP IS 12);COD消解装置(XJ-I型、pH计(PB-10);分光光度计(上海棱光技术有限公司722s型);浊度仪(HACH 2100p)。

        实验试剂:硫酸亚铁、氯化铁、聚合氯化铝、硫酸(PAM)的质量分数0.1%;FeSO4.7H202;体积分数为30%的H2O2。

        实验用水取自深圳市宝安区西乡银田工业区某印制电路板企业,原水pH为11.5,COD为736mg/L,浊度619NTU。

1.2实验方法

        本实验以COD去除率为指标,分3个步聚进行:(1)单因素实验确定Fenton反应的最佳条件,包括n(H2O2):N(fE2+)、H202用量、反应时间、初始pH、混凝后pH、投加次数、进水COD浓度等。(2)单因素絮凝实验,选择最佳的絮凝剂及加药量、pH、搅拌时间等。(3)在最佳操作条件下,首先对显影废水进行酸化前处理,然后进行絮凝沉淀-Fenton氧化和Fenton氧化-絮凝沉淀不同处理顺序的处理效果对比。

        混凝操作流程(H流程):取200 mL实验用水,首先调节相应的pH,加入一定量的无机絮凝剂,用六联混凝搅拌机按设定的程序搅拌:快速搅拌40 s(转速280r/min),接着慢速搅拌5.0 min(转速120r/min)。慢速搅拌时加入0.1 mL质量分数0.1%的PAM,搅拌完成后静沉30 min,取上清液測定COD。

2、结果与讨论

2.1 Fenton处理显影废水影响因素

        Fenton试剂依靠H202分解的具有强氧化性的.OH只可将大分子有机物氧化成为小分子有机物,对大分子有机物有很高的去除率。而Fe2+为催化剂,可催化H2O2产生大量.OH。pH、Fe2+和H2O2用量都是.OH产生量的控制因素。

        实验取200 mL试验用水进行单因索对比试验,结合成本和去除效率考虑,得到最佳实验条件:n(H2O2):n(fE2+)=6;H2O2投加浓度为24.8 mmol/L;一次性投加FeSO4.7H2O、H202药剂;反应的初始pH为4,不用调节混凝后pH,搅拌反应时间为30min。

2.2 混凝处理PCB显影废水影响因素

2.2.1 最佳pH的确定

        铝系絮凝剂取pH为 6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5,铁系絮凝剂取pH为9.0、9.5、10.0、10.5、11.0、11.5。聚合氣化铝铁取pH为6、7、8、9、10、11。在不同pH下进行混凝操作H流程,其他条件不变,结果见图1。

5种混凝剂的混凝效果比较

        由图1可知,硫酸亚铁、氯化铁在pH为11.5时的COD去除率最大,分别达到6.74%和19.46%;聚合氯化铝、硫酸铝和聚合氯化铝铁最佳pH为6.0,COD去除率明显比铁系混凝剂高。

2.2.2 最佳混凝剂的确定

        改变各种混凝剂投加质量浓度分别为0.25、0.5、0.75、1.00、1.25、1.50 g/L,其他条件不变,进行混凝操作H流程,结果见图2。

混凝剂用量对COD去除率的影响

        由图2可知,聚合氯化铝铁在投加质量浓度>0.75 g/L时,各点COD去除率均好于其他絮凝剂。本实验以聚合氯化铝铁为混凝剂,取投加质量浓度为0.75 g/L进行后面的试验。

2.2.3 撹拌时间对COD去除率的影响

        改变慢速搅拌(120r/min)时间,分别设为4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、7.0 min,其他条件不变,进行混凝操作H流程,结果见图3。

搅拌时间对COD去除率的影响

        由图3可见,当慢速搅拌5 min时,COD去除率达到最大值;超过5 min后COD去除率略有下降。这是由于过度的搅拌会使不断增大的絮凝体因剪切力而破碎,不利于絮凝。因此,最适宜的慢速搅拌时间为5 min。

2.2.4 沉降时间对COD去除率的影响

        进行混凝操作H流程,改变水样静沉时间分别为10、15、20、25、30、35 MIN,结果见图4。

沉降时间对COD去除率的影响

        由图4可见,当沉降时间为25 min时,去除率较高,沉降过程基本完成。因此,最佳沉降时间为25 min。

2.3 2 种处理顺序效果比较

2.3.1废水酸化前处理

        利用显影剥膜废水中有机物在酸性条件下以固形物析出的特点进行酸化反应,去除废水中的有机物、降低COD。实际生产中,为降低运行成本,酸性废水可以作为废酸回用于酸化反应。

        取9个烧杯加人250 mL水样,分别调节pH为1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0,搅拌静沉,測COD。结果见图5。

酸性凝析PH对COD去除率的影响

        由图5可见,在此单因素试验中,酸化破乳的最佳pH为2.5,COD去除率达82%。

2.3.2 2 种处理方式比较

        将酸化-混凝-氧化工艺记为A,酸化-氧化-混凝工艺记为B。比较了两种工艺的处理效果,结果如表1所示。

A、B两种工艺的处理效果比较

        由表1可见,2种处理工艺都能明显去除废水中的COD,而混凝阶段和氧化阶段的COD去除率都比单因素试验时大幅度降低,主要是因为经过酸化处理后,水样中COD只有150 g/L,符合COD去除率随着进水的降低而降低的规律。

        采用A工艺处理该废水,通过混凝实验去除废水中的一些惰性有机物和悬浮物,以便通过后续氧化更好地去除废水中的有机物。此法COD总去除率达到90%,出水达到《废水综合排放标准》(GB 8978-996)一级标准,说明Fenton试剂可以改变废水中部分有机物的形式,为进一步絮凝提供了有利的条件。

        但由于混凝操作在先,氧化之后没有混凝沉降处理工序,因而还有一些小分子有机物没被沉降下来而滞留在出水中使得出水COD偏高。

采用B工艺处理该废水,先通过氧化改变废水中的一些有机物的结构和电位,相当于将显影废水中的各类有机物进行了预先的氧化分解,絮凝后浊度由619 NTU;降至3 NTU,去效率达99.5%??杉?,B工艺处理效果优于A工艺。

3、结论

        (1)Fenton氧化实验…n(H2O2)/N(Fe2+)=6,H2O2(30%)投加浓度为24.8 mmol/L,一次性投加FeSO4.7H2O2、H2O2药剂,初始pH为4,不调节混凝后pH,搅拌反应时间为30 min。

        (2)混凝试验:混凝剂聚合氯化招铁(PAFC)投加质量浓度0.75g/L,pH为6,快速搅拌(280 r/min)30 s,慢速搅拌(120 r/min)5 min,再加入0.1mL质量

分数0.1%的PAM助凝剂,静沉25min,COD最大去除率达到43%。

        (3)酸化预处理:最佳pH为2.5,可去除废水中高达82%的有机物。

        (4)联合试验:Fenton试剂氧化-絮凝处理或絮凝-Fenton试剂氧化处理都能明显降低出水的COD;Fenton试剂氧化-絮凝工艺对COD的去除率为94%,出水COD为46 mg/L,浊度由619 NTU降至3 NTU,浊度去除率99.5%,其处理效果稍优于絮凝-Fenton试剂氧化工艺。

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