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聚硅酸盐对高铁酸钾协促稳定氧化效应影响机制的研究
来源:互联网 chen | 孙慧 太原工业学院
【分  类】 化工与理学
【关 键 词】 聚合硅酸铝;高铁酸钾;稳定氧化;降解COD;理论模型
【来  源】 互联网
【收  录】 中文学术期刊网
正文:

  Studyon Influence Mechanism of Aid-promoting Stable Oxidation Effect of Poly-silicate Aluminum on PotassiumFerrate

  Zhu Kaijin1Gong Wujie2Ren Xiaoli1Zhao Runzhu1Sun Yao1Lai Xuehui1

  (1.Taiyuan Institute of Technology Shanxi Taiyuan 030008 2. Jincheng Fuji Kang, Ltd Shanxi

  Jincheng 048006)

  Abstract: Taking polysilicate aluminum as a dispersant, so as to isolate ferrate radical ions in the potassium ferrate solution, to reduce their collision probabilities and to inhibit their own decomposition, the propose is to promote the stability of potassium ferrate in organics oxidation, to extend its oxidation time and to improve its degradation efficiency. The paper studied the addition of polysilicate aluminum for stability regulation and the degradation mechanism of potassium ferrate, discussed the effect of pH value on both synergistic degradation, found out the ratio of their best and the most appropriate value through orthogonal experimental method. In addition, the thesis theoretically establishedthe relationship among thedegradation rate of COD for cokewastewater with the amount of polysilicate aluminum, the amount of potassium ferrate andpH value.

  Keywords: polysilicate aluminum; potassium ferrate; stable oxidation; degradation of COD; theoretical model

  高铁酸钾在水溶液中对废水COD具有很好的氧化去除性,但稳定性不佳,很易自身分解[1,2],因而其应用受到极大限制。关于高铁酸钾在碱性溶液中的稳定性研究,在强酸性、较强酸性溶液中(pH≤5)的稳定性研究[3], 一些研究论文阐述的比较透切。pH>7时,K2FeO4较稳定,但氧化电位较低,对COD降解能力较小;pH<5时,虽其氧化性大,但又极不稳定,瞬间分解。在弱酸至中性范围内(pH=5~7)情况如何,似乎研究的较少,而实际工程废水的pH值如焦化废水、钢铁废水、造纸废水和某些化工废水等恰在此范围内。K2FeO4虽然在pH值为5~7的范围内稳定存在的时间不长(1~20min),但如能使用某种适宜的稳定剂适当延长其稳定氧化一定时间[4],以满足废水在处理池中停留时间的需要,则可以拓展K2FeO4的实际应用空间,具有重要的工程意义。

  本论文阐述了用废水高效絮凝剂聚硅酸铝(PASi)与氧化剂同时处理焦化废水生化后的尾水,不但能有效去除废水中的悬浮物,而且可利用SiO32-离子抑制FeO42-离子的自身分解[5],可以较好实现上述目的,有效降低废水的COD值。

  1 实验部分

  1.1 药品

  高铁酸钾、聚硅酸铝均购自于市场,固体,工业级;固体烧碱,试剂级。

  1.2 废水

  取自于太原市焦化厂生化处理后的出水,COD为250mg/L左右,pH值5.0。

  1.3 主要仪器

  pH值测定仪、国产COD分析测定仪、电子天平、ORP电位计。

  1.4 实验原理及方法

  1.4.1 原理

  (1)大量SiO32-离子可以阻隔FeO42-离子之间的有效碰撞,使之不易无效产生Fe(OH)3沉淀。反应方程如下:

  FeO42- + FeO42- +3H2O →2Fe(OH)3↓+ 5/2O2↑ 利用FeO42-离子与水分子作用产生大量氧自由基和羟基自由基,进而攻击有机物使之快速降解[6,7]。 1.4.2 方法

  将pH范围细分为5.0~5.5、5.5~6.0、6.0~6.5三个区间,考察在每个区间内K2FeO4自身浓度对其稳定性的影响、PASi量对K2FeO4稳定性的调节作用[5]、PASi加入前后K2FeO4对废水COD的降解作用的对比等,用正交分析法,借以找出最佳的PASi与K2FeO4的加入配比与最适宜pH范围点。

  2 实验结果与讨论

  2.1 K2FeO4浓度对其自身稳定性的影响

  取烧杯若干个,每个烧杯中加200ml废水,分别加K2FeO46mg、8mg、10mg、12mg、14mg,搅拌溶液呈紫色,观察各烧杯溶液退色时间。试验发现,K2FeO4加入量越多,溶液紫色保持的时间越长,原因是K2FeO4为碱性物质,pH值随其加入量增大而升高,H+浓度减少,由此它越稳定。

  表1 加入不同量K2FeO4的溶液紫色退色时间 加入量/mg·L-1 4 6 8 10 12 14 对应浓度/mmol·L-1 0.100.15 0.20 0.25 0.30 0.35

  稳定时间/min 2 5 8 12 18 28

  终了pH 5.2 5.5 5.8 6.2 6.5 6.9

  尽管加入K2FeO4的量越多,稳定持续的时间相对较长,但溶液的pH值随之增大,导致K2FeO4在溶液中的氧化电位降低,氧化能力下降,这是不希望的。

  用20%的NaOH液分别调节原废水的pH值为5.8、6.3、6.7,再依上述方法在各pH值点下加不同量的K2FeO4,得相应溶液的退色时间,见下图1所示。

  图1 溶液紫色退色时间随K2FeO4加入量及pH值的变化

  由图1可见,在各溶液pH值点下,随K2FeO4加入量的增大,pH值随之升高,稳定时间普遍延长。

  再用电极电位仪测定对应表1中各加入量的K2FeO4溶液峰值电位,观察溶液氧化能力强弱[8],得如下结果。

  表2 加入不同量K2FeO4的溶液峰值电位 K2FeO4浓度/mmol·L-1 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 峰电位/mV 596 725 718 702 684 586

  溶液pH值 5.2 5.5 5.8 6.2 6.5 6.9

  分析表1、表2知,K2FeO4的加入量控制在每升6~9mg之间,pH值会保持在5.5~6.0范围内,其溶液的峰值氧化电位较高(>700mV),但氧化反应持续的时间不够长,因此延长K2FeO4氧化时间成为关键问题。

  2.2 聚硅酸铝对高铁酸钾稳定性的协促作用

  研究通过加入PASi,利用SiO32-离子来抑制FeO42-离子的自身分解,找寻其最佳的加入量。聚硅酸铝溶液的pH值为6.8。

  在若干盛200ml废水的烧杯中分别加K2FeO46mg,PASi按与K2FeO41:1、1.2:1、1.4:1、1.6:1、1.8:1、2.0:1的比例加入,搅拌静置,观察各溶液紫色退色时间,得表3所示结果。

  表3 K2FeO4加入量6mg时,不同PASi加入量对K2FeO4溶液稳定协促性 PASi加入量/mg·L-1 6.0 7.2 8.4 9.6 10.8 12 稳定时间/min 7 9 12 17 20 22

  溶液pH值 5.5 5.5 5.5 5.6 5.6 5.7

  由表3知,加入PASi后,K2FeO4溶液的退色时间随前者加入量的增大而延长,且溶液pH值只有小幅增加,在最佳的pH值范围内。

  改变K2FeO4的加入量分别为8mg、9mg,PASi的加入比例与上述情况相同,再观察各溶液紫色退去的时间,得下列图2、图3。

  图2K2FeO4的加入量为8mg时,不同PASi加入量对K2FeO4溶液稳定协促性

  图3 K2FeO4的加入量为9mg时,不同PASi加入量对K2FeO4溶液稳定协促性

  分析图2、图3得到如下结果:当加入的K2FeO4量增大时,且PASi与K2FeO4加入比例也同样增大时,K2FeO4水溶液的稳定作用时间会随之延长,但溶液pH值也随之升高。pH值升高,尤其超过6.0时,K2FeO4水溶液的氧化性会急剧下降,再考虑K2FeO4的加入成本问题和实际所需氧化反应时间,确定1000ml废水加入量为7mg,PASi的加入比例为K2FeO4加入量的2倍。

  2.3 PASi加入对K2FeO4协促降解COD的作用

  取焦化废水生化尾水1#、2#、3#三个样,每个样盛1000ml废水,依据上述药剂加入量,分别加入K2FeO47mg,PASi14mg,搅匀静置。另取1000ml废水样4#,加K2FeO47mg,不加PASi作对比试验。30min钟后,用COD分析仪分别测得上述四个样的COD值,得如下结果:

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