微波对内电解处理含硫废水实验研究

1、微波对内电解处理含硫废水实验研究（1）主要实验设备电动搅拌器（转速3000转/分，功率100w,江苏省金坛市金城国胜实验仪器厂）; 自制微波装置（结构见图2-1）,可同时进行曝气充氧、搅拌和微波辐射等实验操作；该装置是在普通微波炉的基础上加以改装而成的。在微波炉的正上方钻一个直径 lcm左右的圆孔，圆孔中可以穿过搅样棒和一跟胶皮管。胶皮管在微波炉内部的一端 连接一个多孔海绵接头，另一头连接气泵，用于曝气充氧。为防止圆孔与胶皮管之间的缝隙有微波泄露，在缝隙周围缠绕多层细铁丝.利用金属反射微波的性质，将泄露出来的微波重新反射进入微波炉内部。jj4a同步自动升降搅拌机：wgz-200型散射式浊度仪；

2、电子天平；phs-3c型酸度计；jh-12型cod恒温加热器;回流装置；玻璃棒；滴定管；烧杯;容量瓶；移液管；量筒若干。图31改装后的微波实验装置图(2)主要试剂铁刨花，本试验选取含炭量很髙的球舉铸铁，车削加工成呈卷曲状的铁刨花(来自 于校金工实习实验基地)，其规格如f:长35cm,厚0.2-0.4mm,铁屑密度 ymximkg/n?：含碳量不小于3.5%o将活性炭(椰壳炭)，进行筛分，选取粒径在24-40 (0.7.0.35mm)目的活性炭颗粒; 含量25%的na2sio3质量分数为60%的al2(s04)3.质量分数为96%的fe2(so4)3;硫 酸银：重铅酸钾；硫酸亚铁镀：浓硫酸：氢氧

3、化钠。3.1.2分析测定方法ss含量用重量分析方法进行测定；浊度用wgz-200型光电浊度仪进行测定；色度 用稀释倍数法进行测定；ph值用phs-3c型酸度计进行测定；化学需氧量(codcr)用重 辂酸钾法进行测定；微波处理有自制微波曝气装置。由于本论文多次用到用重钻酸钾法测codcr,下面介绍此方法：(1)试剂配制 重锯酸钾标准溶液(1/6 k2cr2o7 =0.2500mol/l)：称取预先于120*c烘于2小时 的基准(或优级纯)重縮酸钾12.258g溶于水中，定容于1000ml容量瓶，摇匀。 50%硫酸银溶液：在500ml浓硫酸中加入5克硫酸银，不断摇动使其溶解，放置24小时即可使用。

4、 试亚铁灵指示液：称取1.485克邻菲罗財，0.695克硫酸亚铁溶于水中，稀释于 loooml,储于棕色瓶内。 硫酸亚铁钱标准溶液(o.hnol/l)：将395g硫酸亚铁钱溶于水中，边搅拌边慢慢 加入20ml浓硫酸，冷却后用水稀释至loooml,混匀，(临用前用重銘酸钾标准溶液 标定)。标定方法：准确吸取10.00ml 0.2500mol/l的重客酸钾标准溶液于250ml锥形中，加水稀释至lloml左右，缓慢加入30 ml浓硫酸，摇匀，冷却后加入3滴试亚铁灵指示液，用硫酸亚铁钱溶液滴定至溶液由黄色经蓝绿色至褐色即为终点。9计算公式：c (nh4)2fe(so4)2 -6h2o = 0.2500

5、 x 10.00/v式中：c (nh4)2fe(so4)2 -6h2o 一硫酸亚铁钱标准溶液的实际浓度(mol/l)v 一硫酸亚铁钱标准滴定溶液的用量(ml)（2）实验步骤 20.00 ml混合均匀的水样置于250 ml磨口的回流锥形瓶中，准确加入10.00 ml 重锯酸钾标准溶液及数粒小玻璃珠或沸石，连接磨口回流冷凝管，从冷凝管慢慢加入 30ml硫酸银溶液，轻轻摇动锥形瓶使其溶液混合均匀，加热回流2小时。（以开始沸 腾时间记时） 冷却后，用90ml水冲洗冷凝管，取下锥形瓶，溶液总体积不得少于140ml, 否则因酸度太大，滴定终点不明显。 溶液再度冷却后，加3滴试亚铁灵指示液，用硫酸亚铁钱标准

6、溶液滴定，溶液 的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色为终点，记录硫酸亚铁鞍标准溶液的用量。 测定水样的同时，以20.00 ml的蒸饴水，按照同样步骤做空白实验，记录空白 时硫酸亚铁钱标准溶液的用量。codcr（o2, mg/l） = （v0-vi）xcx8x 1000/v式中：c 一硫酸亚铁技标准溶液浓度（mol/l）;v 一水样体积（ml）；vo 一滴定空白时消耗硫酸亚铁镀溶液体积（ml）；v】一滴定水样时消耗硫酸亚铁钗溶液体积（ml）；8 氧（1/2 0）摩尔质量（g/mol）o3.1.3含硫化工废水的水质分析水质表示水和水中杂质共同表现出来的综合特性。衡量水质好坏的标准和尺度称 为水质指标。水质

7、指标包括物理指标、化学指标和生物指标。物理指标包括：固体物质、浊度、温度、臭和味、色度和色泽、电导率等。化学指标包括：ph值、硕度、总含盐量、总需氧量（tod）、生化需氧鼠（bod）、 化学需氧疑（cod）、总氮（tn）和有机氮、总有机氮（toc）有毒物质指标等。本试验根据水质特点，采用测量总固体含量（ss）、浊度、色度、ph值、codcr.bod5作为水质标准。（1）水样取自青岛市黄岛区某化工厂，置于冰箱中冷藏保存。（2）水样各项指标如表31所示。表3-1原水水质指标指标ss(g/l)浊度色度（倍）ph值codcr(o2,mg/l)bod5(o2,mg/l)数值3.5g/l901509.02

8、813036003.2微波强化内电解处理含硫化工废水的实验研究本次实验中将通过烧杯实验研究微波强化内电解处理含硫废水的可行性，重点 研究铁炭比、ph值、微波功率、微波作用时间、铁炭反应时间，通气量及絮凝剂用量, 絮凝初始ph值，微波功率和作用时间等因素对处理效果的影响。3. 2.1铁的用量对污水处理效果影响的研究实验中，固定炭的用量为100g, ph=2,微波功率为400w,微波辐射时间3min,曝气量351/mim内电解反应时间为50min,改变反应器中的铁的用量，考察铁的投加量与出水codcr和色度、浊度的关系，见图33。9080 -7060 5010100120140160180200铁

9、的用量g80图43铁的用爲对去除率的关系从图中可以看出 铁的投加量为140g之 前，codcr去除率随 铁的用量增加而提 高。当铁的投加达到 140g时codcr去除率 最髙，之后再加大铁 的用量，codcr去除 率开始降低。其主要 原因是codcr的去除 主要由铁和外加炭源形成的宏观电池完成w在铁的含量较低时，随着铁屑质量的增加，反应体系中所形 成的宏观电池数目不断增加，使得codcr的去除率一直昱现上升的状态；当铁的含量 达到饱和时（即实验数据所指示的140g）,过多的铁导致此时反应器内的活性炭的量相 对减少，活性炭的总表面积减少，进而是参加反应的宏观电池的数量减少，反而彫响7 codcr

10、的左除效率。色度的去除则主要是由铁与其本身所含的炭及杂质所形成的内部微观电池完成 117381 o从图中也可以看出当铁的量较低时，增加铁的质量，使得反应体系中微观电池 的数目不断增多，色度的去除率增大；而当铁的量达到饱和时，左观电池和微观电池 之间会产生竞争作用，微观电池的作用被削弱，即使再增加铁的量，色度的去除率也基本保持致，并且过量的铁还会增加出水色度，增加出水中fc?+的含量，因而增加 后续处理的负担。因此，综合考虑采用铁量为140g。3.2.2炭的用量对污水处理效果影响的研究实验中，固定铁的用量为140g, ph=2,微波功率为400w,微波辐射时间3min, 曝气m3.5umin,内

11、电解反应时间为50min,改变反应器中的炭的用量，考察炭的质量 与出水codcr和色度、浊度的关系，见图34。f-色度去除率（）浊度去除率（）cod去除率（）从图34 可以看出， 当炭量小于 100g时，随 着活性炭的 量的增加， 处理效果也20 '1'*1'20406080100120140160炭的用量r图3-4炭的投加ft对去除率的关系随之增加。 其原因是， 在一定范围 内増加活性 炭量，能够保持容器内铁炭层一定的孔隙率，防止铁屑的结块。活性炭较少时，增加 炭的用量，还能使体系内的原电池的数屋增加，因此codcr的去除率上升，色度与 浊度的去除效果也变好。而当活性

12、炭的量再增加至超过某一限度时，可能会对阴极反 应有抑制作用，更多的表现为活性炭的吸附，反而使去除效果下降，这一点可以从图 中数据得到验证。在木试验中，我们发现控制炭的质屋为100g时将达到最好的处理效果。89080706050101a2.545.573.2.3初始ph值对污水处理效果影响的研究实验中，固定铁的用量为140g,炭的用量为100g,微波功率为400w,微波辐射时间3min,曝气fi3.5iymin,内电解反应时间为50mim改变 反应的初始ph值，考察初始ph值与出水codcr和色度、浊度的关系，见图35°在铁炭反应中，ph是一个很重要的影响因素，图35很好的证明了这一点

13、，我们 可以看到，随着ph值的升高，色度、浊度和codcr的去除率都在降低，在ph = 2时,去除效果最好。从电极反应中可以得知，氢的标准电极电位在酸性介质中比在中性介 质中的电位高，因此微电解过程如在偏酸性条件下进行，可增大微电池的电位墨，加 速电极反应，有利于废水的处理i创。而ph值在中性或碱性条件下，许多反应实际运行 表明.运行得不理想或根本不反应。因此一般控制在ph值为酸性条件下。综合考虑， 本试验将ph值控制为2。3.2.4微波功率对污水处理效果影响的研究实验中，固定铁的用量为140g,炭的用量为100g, ph=2,微波辐射时间3mim曝气虽3.5l/mim内电解反应时间为50mi

14、m改变微波的功率，考察功率与出水codcr 和色度、浊度的关系，见图36。单独使用活性炭处理含00200300400500600700徴液功睾"图36微波功率对去除效果的影响硫废水是利用其吸附性，在微 波辐照下，利用高温，使活性 炭表面粘附的含硫有机物很 快被降解为so2和比o等，得 到再生。但微波对单独铁屑几 乎无再生作用铁屑中加入活 性炭，可提高处理能力，由于 铁屑的存在.微波再生铁炭混 合物时，产生等离子体，强化内电解；微波作用后的混合物对含硫废水的处理效果较微波作用前要好。从图3£中可 日看出，在微波功率达到400w以前废水处理效果随着微波功率的增大而显著增加， 散

15、波功率达到400w以后处理效果随微波功率的增大反而下降。原因是部分铁随着微 皮功率的提高加热变红，同时部分炭在高温作用下被炭化失去活性从而降低了内电解 旳去除效果。3.2.5微波作用时间对污水处理效果影响的研究实验中，固定铁的用呈为140g,炭的用虽为100g, ph=2,微波功率为400w,曝 气量35umin,内电解反应时间为50min改变微波辐射的时间，考察辐射时间与出水 codcr和色度、浊度的关系，处理效果见图37。如图37所示，铁炭内电 100严,解得处理效果随微波作用时90/ 弋、间延长而提高，作用3min后801060t色js去詮辜厲） t-浊度去瞧覃代）tcod去隆军（知50

16、123456p射时间（in）图3-7徹塗悔射时何对去除丰的e柯色度，浊度和codcr去除率 达到最高，分别为95%, 96% 和86%,继续延长反应时间， 色度，浊度和codcr的去除 率反而下降，当作用时间小于 3min时只是部分的再生了活 性炭.此时活性炭中还含有吸 附的有机物质，当作用时间达到3min时大值的的活性炭得到再生，因此在铁炭内电解中去除效果最好；继续延长 微波作用时间导致部分活性炭被催化氧化，甚至被烧毁，直接彩响到活性炭在铁炭内 电解反应中的吸附性能，因此去除效果反而降低。3.2.6通气呈对污水处理效果影响的研究实验时，固定铁的用量为140g,炭的用量为100g, ph =

17、2,微波功率为400w, 微波作用时间3min,内电解反应时间为50min,改变反应器中的嚟气量，考察曝气量 与出水codcr和色度、浊度的关系，见图38。卅0.51 l5 22.533.544.555.5通气 ft l/enin图3-8通气量对去除率的影响从图中可以得知：随着曝气量的增加，codcr的去除效果增加，同时色度和浊度 的去除率也在增加。这足因为摩气过程实际上就是充氧的过程，充氧时反应器内的电 位差变大，并且可以加速搅拌，这种搅拌远远强于水力搅拌，同时可以消除浓差影响。 曝气量在3.5l/min时，去除效果已经达到了 90%,如果继续增加曝气，对实验效果的 提升井不很明显。这是因为

18、过大的曝气鱼会彫响到水与铁屑的接触，使其实际接触时 间减少，从而导致去除率的增幅减缓，甚至还有降低的可能。因此实验中我们釆取曝 气充氧的通气量为3.51vmino100908070 1f6050铁炭内电解反应时w/min图39铁炭内电解反应时何对去除率的彫响3. 2.7内电解 反应时间对 污水处理效 果影响的研 究实验时， 固定铁的用 量为140g,炭的用量为100g, ph = 2,微波功率为400w,微波辐射时间3min,邊气童3517min, 改变内电解反应时间，考察通气量与出水codc和色度、浊度的关系，结果见图39。从图39可看出，反应时间为50min效果达到最好，当超过50 min

19、后，随看反应 时间的延长，色度，浊度利codcr的去除效果没有明显的增加。3. 2.8铁炭混合物利用次数对污水处理效果的影响012345678反复利用次数图3-10反复利用次数对处理效果的形响实验时，固定铁的用 量为140g,炭的用量为 100g, ph = 2,微波功率为 400w,微波辐射时何 3min,曝气量 3.5l/min» 内电解反应时间为50min, 反复利用实验数次，测定 每次出水codcr和色度、 浊度，结果见图310。从图3-10可看出铁炭经过不断再生后可反复利用，若以cod0去除率达80%以上为限，则可反复利用5次，从而节约资源。3. 2. 9微波强化内电解最佳

20、实验条件在以上对影响微波强化内电解实验因素分析讨论的基础上，得到最佳的实验条件 如表2-3所示。表3、2微波强化铁炭内电解处理含硫废水的最佳实验条件铁的用&t(g)炭的用钛(g)ph值微波功率(w)辐射时间(min)通气 s(i7min)140100240033.53.3微波强化絮凝处理含硫化工废水的实验研究经铁炭内电解处理过的含硫废水出水色度，浊度较侖，因此有必耍在排放前进行 絮凝处理以降低色度和浊度，投加絮凝剂还能进一步去除依附在悬浮颗粒上的有机物，在一定程度上降低出水的codcr。3.3.1初始ph对表3 2污水处理效果的影响试验中固定paffs投加呈为3匹微波功率为500w、微

21、波作用时间1.5分钟考察 不同ph对絮凝效果的影响，实验结果如图311所示。100du45678910nil图3-11初始ph对处理效果的影响各种混凝剂 产生混凝作用时 都有一个适宜的 ph值范田，这将 宜接影响到胶体 颗粒表面电荷的 中和及絮状物沉 淀过稈。即ph直 接影响絮凝剂在 水溶液中的存在 的形态，例如磯酸 铝作为絮凝剂时，合适的ph值范围 是677&由图312可知本实验絮凝效果在ph=7-8之间稳定提高，以后增加幅度 不明显，此时絮凝效果己达极限。考虑到微波强化内电解岀水ph为6.0,为了降低成 本，本实验合适的ph范围£7。3. 3.2 pfass投加星对絮礙效

22、果的影响固定ph=7,微波功率为500w,微波作用时间1.5分钟考察不同絮凝剂投加鼠 对效果的影响，实验结果如图312所示。投加混礙剂一方面促使沉淀物聚集成为较大颗粒粒子而从水中沉降，另一方面使 大分了物质和胶体物质沉降，达到去除一定量的codcr的目的。当絮離剂投加量小 于3g/l时，随着药剂投加屋的增加codcr的色度和浊度去除率稳步提高当用皋等 于30l时处理效果达到顶峰。此后增大药剂投加显处理效果不升反降，原因是过多 的混凝剂引起了胶体的再稳，影响了混凝效果。絮凝剂用址”l图3-12絮凝剂用量对处理效果的影响3.3.3微波辐 射功率对絮凝 效果得影响实验时， 固定ph二7, pfass

23、投加量 为3g/l,微波 辐射时间 13min,改变 微波辐射功100 r90f一色度从图3-13的实验 结果可以得 出，微波功率8070acoo对处理效果 影响显著，絮 凝效果是先 随着功率得率，考察微波辐射功率与出水codcr和色度、浊度的关系，实验结果见图3-13o60 j_«1j'提髙而提髙，200300400500600700800微波功率"当微波功率图373微波功率对处理效果的影响为500w处理效果最好，继 续增大微波 功率，处理效果反而下降，说明开始时微波髙效快速加热特性被充分利用，但是当微 波功率超过500w时，由于微波的別烈“搅扌半"作用

24、使的絮休不易沉降而导致絮凝效 果变差，过高的功率还会浪费能源，因此综合考虑，木实验采用微波功率为500w°3.3.4微波辐射时间对絮凝效果的影响实验时，固定ph = & pfass投加量为3g/l微波辐射功率为500w,改变微波辐射时间，考察微波辐射功率与出水codcr和色度、浊度的关系，实验结果见图314如图314所示,r-cod0 * l 1 i “一一 i01234微波辐射时间/in图3-14微波辐射时何对处理效果的影响在一定范围内，水 温低时水解速度 慢.水解不完全.絮体形成很慢，而 且结构松散颗粒细 小，难以去除，因 此温度条件应在适 宜温度范圈之内。微波辐射1.5

25、分钟 水样开始沸腾，这 之前有利于絮凝过程进行，继续用微波辐射，水温持续上升，水温太高导致无机高分子混凝剂老化或者 分解形成不溶物质，并且长时间微波辐射可能打断无机高分子絮凝剂，降低混凝效果。3. 3.5微波强化絮凝最佳实验条件的确定(1)微波强化絮凝最佳实验条件的确定，如表33所示。表3-3微波强化第礙处理含硫废水最佳实验条件所用絮凝剂絮凝剂用星(g/l)ph值微波功率(w)辐射时间(min)pfass (iii)(10:4:1)3.08.0500w1.5(2)微波强化内电解最佳实验条件f水样处理效果如表34所示。t-cod01234微波辐射时(5j/.in图3-14微波辐射时间对处理效果的影响3.3.4微波辐射时间对絮凝效果的彫响实验时，固定ph = 8, pfass投加量为3g/l,微波辐射功率为500w,改变微波 辐射时间，考察微波辐射功率与出水codcr和色度、浊度的关系，实验结果见图3-14.如图314所示,在一定范围内，水 温低时水解速度 慢，水解不完全， 絮体形成很慢，而 且结构松散颗粒细 小，难以去除，因 此温度条件应在适 宜温度范围之内。微波辐射1.5分钟 水样开始沸腾，这 z前有利于絮凝过程进行，继续用微菠辐射，水温持续上升，水温太高导致无机高分子混凝剂老化或者分解形成不溶物质，并且