首页 >  环境保护 >  混凝沉淀 微波诱导催化氧化处理冷轧镀锡废水

为了解决含有高浓度锡离子、苯酚磺酸和苯酚等污染物的冷轧镀锡废水难以处理的问题,研究建立了混凝沉淀与微波诱导CuOx/SiCT-H2O2催化氧化深度处理联合工艺。研究表明:混凝沉淀可完全去除冷轧镀锡废水中的锡离子;微波催化氧化技术对废水中的主要有机污染物苯酚磺酸和苯酚的去除率均超过95%,微波辐射15min,COD和TOC去除率分别达96%和98%。同时,以碳化硅管为基材的CuOx/SiCT催化剂在微波体系中呈现出高效的催化性能并可实现多次循环使用。

钢铁行业中冷轧镀锡钢板的生产过程中产生的废水富含大量的锡离子(Sn2+)、苯酚磺酸和苯酚,具有生物毒性,且可生化性差。冷轧镀锡废水通常采用铁碳法处理,处理效果好,但反应时间长,且反应过程产生大量铁泥,易造成二次污染。

近年来,微波催化氧化技术由于高效快速、且无二次污染在水处理领域中得到广泛关注。微波诱导载铜活性炭可有效催化氧化H2O2产生大量•OH高效处理垃圾渗滤液,反应10minCOD去除率可达84.1%。

但活性炭在微波高温下受热易造成空隙结构塌陷等问题,导致催化剂的循环使用效率低。碳化硅(SiC)吸波性能好,在微波高温环境下热稳定性强,可循环使用。结合Cu良好的催化性能和SiC在微波高温下的强稳定性,本研究选用碳化硅管(SiCT)作为基材负载Cu。

针对武汉某钢铁厂产生的冷轧镀锡废水,首先用混凝沉淀去除废水中Sn2+,再利用微波诱导载铜碳化硅管(CuOx/SiCT)催化氧化H2O2深度处理废水中的苯酚磺酸和苯酚。探讨了微波催化机制,考察了CuOx/SiCT重复利用率,实现了催化剂的回收和循环使用。

1实验部分

1.1废水的来源及水质

水样采自武汉某钢铁厂冷轧镀锡废水,部分水质指标如下:ρ(苯酚磺酸)为3.0×103mg/L、ρ(苯酚)为1.5×103mg/L、ρ(Sn2+)为2.0×103mg/L,ρ(COD)为4.8×103mg/L,pH值为2.2。

1.2催化剂的制备及表征

采用浸渍法制备催化剂CuOx/SiCT。碳化硅管(SiCT,8.4g,长×外径×内径为3cm×1.3cm×0.8cm)的预处理:将CiCT用去离子水清洗后置于1%的硝酸溶液中超声30min,再用去离子水清洗数次,然后放入烘箱中于105℃下烘干8h。

CuOx/SiCT的制备:预处理后的SiCT放入0.5mol/L的Cu(NO3)2溶液中浸泡24h,取出后用去离子水冲洗,于80℃下烘干8h,取出备用。采用X-射线衍射仪(XRD,X'PertPRO)分析晶体结构。

1.3实验方法

1.3.1混凝沉淀实验

取500mL废水于烧杯中,采用NaOH调节pH值为7.0,加入6.25g聚合氯化铝(polyaluminumchloride,PAC)混凝剂搅拌(140r/min)1min。分别加入5mLDC108型、DC715型、DC385型聚丙烯酰胺(polyacrylae,PAM)溶液(160mg/L),以30r/min搅拌15min。静置30min后过滤,测定滤液中的Sn2+、pH、COD。

1.3.2微波催化氧化

微波催化氧化装置参见文献。在100mL混凝絮凝处理后的水样中加入一定量的30%H2O2和CuOx/SiCT催化剂,微波辐照20min后,测定出水水质。

1.4分析方法

Sn2+采用McCloskey法;COD采用快速消解分光光度法;总有机碳(TOC)采用multiN/C2100总有机碳分析仪测定(Analytikjena,Germany);苯酚磺酸和苯酚采用HPLC-UV(Agilent,USA)进行测定。

色谱条件:色谱柱AgilentXDB-C18(Agilent,USA,250mm×4.6mm×5μm),柱温25℃;流动相为0.1mol/LKH2PO4溶液,流速1mL/min;进样量20μL;紫外检测波长230nm。

2结果与讨论

2.1废水的混凝沉淀

图1为不同混凝絮凝剂对废水的处理效果。可知:冷轧镀锡废水经过PAC和3种不同型号阴离子PAM(DC108型,DC715型DC385型)进行混凝处理后,Sn2+去除率接近100%。

其中,采用PAC和DC108进行混凝处理后,COD去除率为27%。混凝沉淀出水中的主要污染物质苯酚磺酸和苯酚分别降低到3.0×103,1.3×103mg/L。混凝沉淀可有效去除废水中的Sn2+,但对COD的去除效果有限,废水中的有机污染物有待进一步深度处理。

混凝沉淀 微波诱导催化氧化处理冷轧镀锡废水

图1不同混凝絮凝剂对废水的处理效果

2.2微波深度处理技术

2.2.1废水的微波深度处理效果

微波诱导CuOx/SiCT(MW:700W)可显著降低混凝出水中的COD,且CuOx/SiCT和H2O2的投加量显著影响COD的去除率。由图2可知:随着CuOx/SiCT和H2O2投加量的增加,废水COD的去除率也显著提高。当H2O2投加4.8mL,加入2节CuOx/SiCT时,微波10min后COD去除率可达90%左右;20min后COD去除率达96%。

混凝沉淀 微波诱导催化氧化处理冷轧镀锡废水

2.2.2废水中苯酚磺酸和苯酚的微波降解

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