屠宰廢水處理

2017-03-17 10:07:23 xiaoyifan 91

隨著我國經濟的發展,人民生活水平的提高,家畜家禽屠宰業也蓬勃發展起來。但是屠宰廢水一般都含有大量的油脂、血污、內臟雜質等有機物,COD 較高,如果直接排放必然會引起水環境的破壞。目前國內對于屠宰廢水的處理經常采用微生物處理的方法。但是由于屠宰廢水水量和水質不穩定,隨著屠宰數量和時間波動劇烈,同時COD 較高,需要較長的工藝路線才能使其穩定和無害化,因此屠宰廢水微生物處理工藝基建投資較大,運行維護難度大。近年來,高級氧化技術預處理有機廢水的研究一直是關注的焦點,其中過硫酸鹽活化技術通過過渡金屬離子、紫外光、熱等輔助條件可以產生氧化性很高的硫酸根自由基(·SO4-)。與羥基自由基(·OH)相比,·SO4-在中性條件下氧化性更高,多數有機污染物都能夠被其完全氧化降解。但是該技術也存在加藥量大,過硫酸鹽消耗快,活化條件苛刻等缺點,同時這些問題也會導致其工藝運行費用較高。而電解輔助的方法可以將Fe3+過濾金屬離子還原為Fe2+,達到持續維持體相中過渡金屬離子催化劑濃度的目的,從而可以降低Fe2+投加量,降低過硫酸根無效分解速度,維持有機污染物降解反應持續穩定高效進行。因此電化學輔助Fe2+活化過硫酸鹽具有一定的優勢。

本研究采用電解輔助Fe2+活化過硫酸鈉法預處理屠宰廢水,得到了較好的處理效果,為過硫酸鹽高級氧化技術的推廣和工藝開發提供了新的方法和思路。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

屠宰廢水取自遼寧省某禽類屠宰廠,原水含有大量油脂,呈深紅色,COD 為(3 288±100)mg/L,pH為5.0±0.5。實驗所用Na2SO4、Na2S2O8、FeSO4、H2SO4、NaOH 等試劑均為分析純。采用COD571 型COD 分析儀(上海精密科學儀器有限公司)進行COD 的測試,采用pHS-3 型酸度計(上海雷磁儀器廠)進行pH 的測試,電源為APS3003D 直流穩壓電源(深圳安泰信電子有限公司)。

1.2 實驗方法

取250 mL 屠宰廢水,放入電解槽中進行氧化降解實驗,電解條件為:反應溫度為室溫,石墨板電極,電極間距2 cm。調節原水pH、電解電流密度、Fe2+初始濃度、Na2S2O8投加濃度等實驗參數,間隔30 min取樣測試廢水COD 變化,計算COD 去除率,并確定最佳參數。反應動力學數據采用Origin8 SR0(v8.0724)軟件進行處理及擬合計算。

2 結果與討論

2.1 電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水有效性驗證

實驗首先驗證了電解輔助Fe2+活化Na2S2O8的效果,結果如圖1 所示。

 當反應條件為[FeSO4]0=300mg/L,[Na2S2O8]0=200mg/L,電流密度=25.0 mA/cm2,反應初始pH=2 時,單獨電解(采用Na2SO4作為支持電解質,[Na2SO4]0=200mg/L)經過240 min 的反應,廢水COD 去除率達到72.4%。而Fe2+活化Na2S2O8的處理效果更好,經過120 min 反應,廢水COD 去除率就達到了77.0%,但是隨著時間繼續增加,其COD 去除率增加緩慢上升,240 min 后其COD 去除率僅增加至77.3%。相比較前兩種工藝,電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝具有更好的反應效果,反應180 min 后其COD 去除率可達97.8%??梢?,電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝對于屠宰廢水的預處理具有較好的效果。

從實驗結果還可以看出,Fe2+活化Na2S2O8工藝降解高效的時間較短,反應120 min 以后,其氧化效果十分有限,這主要是由于反應體相中氧化劑Fe2+的消耗速度很快,Fe3+活化Na2S2O8能力有限,最終導致Na2S2O8部分無效分解,因此隨著反應時間的增加,有機污染物的降解效率受到了抑制。而電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝則可以通過電化學反應使Fe3+部分還原為Fe2+,可以維持溶液體相中一定的Fe2+濃度,因此使反應高效時間延長,有機污染物降解效果有所提高。


2.2 電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水的反應條件確定

實驗采用正交實驗法來對電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水的反應條件進行研究,反應時間為60 min,確定FeSO4初始濃度、Na2S2O8初始濃度、電流密度和初始pH 對廢水COD 的影響,采取4 個水平,正交實驗結果見表1。

 由極差R 計算結果可知,影響屠宰廢水COD下降的因素主次順序為FeSO4初始濃度、Na2S2O8初始濃度、pH 和電流密度。根據正交實驗結果初步確定電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水的最佳反應參數條件為:電流密度25.0 mA/cm2,FeSO4初始質量濃度300mg/L,Na2S2O8初始質量濃度200mg/L,pH=2.0。

2.3 電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水的反應動力學研究

在電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水過程中,產生的·SO4-和水相中的有機物分子作用,奪取其電子,使之得以氧化分解。根據反應速率理論,該氧化降解的動力學過程可用式(1)表示。

 式中:COD——廢水 COD,mg/L;

c′——溶液中·SO4-的濃度,mg/L;

k′——反應速率常數,min-1;

m、n——反應級數;

t——反應時間,min。

由于生成的·SO4-壽命很短,可以瞬間奪取電子發生反應,因此c′可近似可作常數,則動力學方程又可表示為式(2):

 經過積分計算可得式(3)、式(4):

ln(COD0/CODt)=kt (3)

ln(COD0/CODt)=0.014 t (4)

式中:COD0——降解反應前廢水 COD,mg/L

CODt——反應 t 時刻廢水的 COD,mg/L。

對實驗結果進行擬合計算,結果如圖2 所示。

 其反應過程可以用一級反應動力學來描述,即符合式(4)的形式,其R2=0.984 2,選取8 個數據點進行擬合計算,上述表觀速率的計算誤差<0.000 6,P<1.0×10-8,擬合直線差異極顯著,模型線性符合。.

3 結論

(1)電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水具有較好的效果,在[FeSO4]0 =300mg/L,[Na2S2O8]0=200mg/L,電流密度25.0 mA/cm2,反應初始pH=2 的條件下,經過180 min 的反應,其COD 去除率可達97.8%,而相同條件下,電解氧化僅為67.1%,Fe2+活化Na2S2O8工藝僅為77.1%。

(2)通過正交實驗確定電解輔助Fe2 + 活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水影響因素主次順序依次為FeSO4初始濃度、Na2S2O8初始濃度、pH 和電流密度。

(3)表觀動力學研究表明,電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水COD 降解符合一級反應動力學,反應條件下,其速率常數k 為0.014 min-1。

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