铁碳微电解法处理季铵盐生产废水的研究

发布时间：2018-12-18 03:08

【摘要】：季铵盐（QACs）生产废水具有COD含量高（34100mg/L）、pH值高（9-10）和悬浮物含量高等特点，含大量难生物降解有机化合物，属于难生物降解的高浓度有机废水，该废水的合理化处理和利用是当前亟待解决的问题。微电解法处理工艺集电化学、氧化还原作用、物理吸附作用和絮凝作用于一身，产生·OH等具有强氧化活性的物质来处理高浓度有毒的难降解废水。本处理方法有很多优点，如处理效率高、易于操作、不易产生有毒中间物质、无需添加化学试剂等，被称为“环境友好”技术。采用微电解法对季铵盐生产废水进行了降解研究。主要研究内容有：（1）针对该废水COD浓度高的特点，采用微电解法对废水的处理方法进行了研究和条件优化。（2）为提高经济可行性，对铁、碳材料及组合进行对比研究，同时优化反应参数和级数。（3）对微电解法降解季铵盐废水工艺进行降解机理研究和成本分析。借助GC-MS对实验结果分析讨论，得出以下结论：（1）选用微电解法处理季铵盐生产废水的最佳处理方案为三级串联微电解。一级微电解铁水比为5%，初始pH为3，反应时间90min，铁碳质量比1:2，在此工况下实验，废水COD去除率达到41.93%。正交试验表明，各因素对去除率的影响程度大小为：铁碳质量比铁水比反应时间初始pH。二级微电解铁水比在3%，初始pH为3，反应时间15min，，铁碳质量比1:3的条件下，废水COD去除率最高，达到98%。三级微电解铁水比为2%，初始pH为2.5，反应时间30min，铁碳质量比1:3，在此工况下实验，废水COD去除率达到99.4%，达到国家标准污水综合排放标准（GB8978-1996）。由于成本较高，需进行进一步工艺优化，确保经济可行性。（2）优化实验表明，活性炭和炭粉的吸附效果相近，炭粉来源广泛，价格低廉，具有“以废治废”的环境价值，在实际工程中建议使用炭粉；小粒径的铁刨花与废水接触所形成的原电池数量比大粒径的多，建议直接采用机械加工厂的铁刨花；炭粉+铁刨花的组合方式的处理效果与活性炭+铁刨花的处理效果相差不大，从经济角度推荐铁刨花+炭粉的组合方式；当反应次数为六级，达到国家标准污水综合排放标准。此处理方案具有废水处理效果好（COD的去除率为99.43%）、反应时间短（155min）、处理成本较低（510.82元/t废水），具有一定的优越性。（3）通过GC-MS分析废水降解不同阶段的出水，得出微电解法处理季铵盐生产废水的降解机理：废水中最主要的有机污染物四丙基氢氧化铵被·OH攻击，导致支链烷烃的脱落，形成三丙胺。三丙胺进一步被降解成二丙胺；最后，部分二丙胺降解成二乙胺。酯类和胺类化合物等一系列化学键的断裂与重组、电子转移等化学过程的数量减少，生成了醇类、烷烃类等有机物，最后剩余了有较强稳定结构的酸类、胺类有机物。本课题运用微电解法对季铵盐生产废水进行降解，为该废水的处理提供了一种有效的新方法；同时对工程应用进行优化，提高了经济可行性。此处理工艺具有无需对废水稀释、成本低、无需对废水热交换、无需添加电解质等特点，处理效果好，废水停留时间短，工艺流程简单，有“以废治废”的意义，具有其它降解方法无法比拟的优点。
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【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X781.4

【参考文献】