化學(xué)氧化法處理AKD廢水的研究

崔 楊，梁睿淵，何愛曉，趙貴榮，孟 蕾，楊 佩

(甘肅銀光聚銀化工有限公司，甘肅 白銀 730900)

AKD(烷基烯酮二聚體)主要用作造紙紙漿的施膠劑，使紙張不滲水，從而使造紙紙漿能夠用于食品包裝紙或其它相應(yīng)的用途，AKD能夠提高成紙耐久性，物理強(qiáng)度，特別是耐酸度和撕裂度。AKD的生產(chǎn)主要有兩種工藝方法：溶劑法、無溶劑法。其中無溶劑法生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生含有少量AKD、三乙胺，NaCl濃度為15%～25%的廢鹽水。廢鹽水的pH值在13左右。

AKD廢水[1-2]具有鹽含量高，堿性強(qiáng)的顯著特點(diǎn)，由于三乙胺為低沸點(diǎn)物質(zhì)，存在于水體中會(huì)影響TOC，也對(duì)廢水的處理方向產(chǎn)生影響。本實(shí)驗(yàn)是建立在采用汽提[4]及過濾后的廢水作為原液，消除三乙胺及AKD的影響，考察氧化劑[3]去除水中有機(jī)物含量的影響因素。

1 化學(xué)氧化法工作原理

化學(xué)氧化法[5]是處理各種難降解的有機(jī)污染物和無機(jī)污染物最有效的方法之一。通過加入不同的強(qiáng)氧化劑，可將氣態(tài)或液態(tài)的有機(jī)物和無機(jī)物氧化為毒性小或無毒性的物質(zhì)，最終轉(zhuǎn)化為CO2、H2O 等易于分離的小分子物質(zhì)，達(dá)到降低廢水COD或TOC的目的。

2 氧化劑篩選

2.1 所用的材料及設(shè)備

次氯酸鈉(0.9%)(溶液)天津博迪化工股份有限公司 次氯酸鈣(粉末)天津市鑫澤精細(xì)化工有限責(zé)任公司 總有機(jī)碳分析儀 Anatel TOC 600、ET99125TOC加熱消解器、容量10個(gè)，分析精度0.0001 g、手動(dòng)移液器，上海精密儀器制造廠生產(chǎn)、攪拌器、中壓恒流泵、布氏漏斗、恒溫水浴搖床。

2.2 試 驗(yàn)

將初級(jí)處理后的廢水作為實(shí)驗(yàn)原液，分別加入具有相同有效濃度的次氯酸鈉、次氯酸鈣，在相同的溫度、pH值下，篩選出更能有效處理水中有機(jī)物的氧化劑，見圖1、圖2。

圖2 次氯酸鈉累計(jì)加入量對(duì)TOC值的影響Fig.2 Effect of sodium hypochlorite on TOC

圖1 次氯酸鈣累計(jì)加入量對(duì)TOC值的影響Fig.1 Effect of sodium hypochlorite on TOC

2.3 結(jié) 果

次氯酸鈉和次氯酸鈣都能將廢水的TOC降低，其原理都是一樣的。次氯酸鈉實(shí)驗(yàn)中，次氯酸鈉累積加入2.4 g，TOC降低至1120，每降低100 mg/L TOC 需要1.03 g次氯酸鈉。在次氯酸鈣實(shí)驗(yàn)中，次氯酸鈣累積加入2.4 g，TOC降低750，每降低100 mg/L TOC需要0.97 g次氯酸鈣。而通過成本比較，次氯酸鈣的價(jià)格是次氯酸鈉的10倍，因此次氯酸鈉具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，后續(xù)實(shí)驗(yàn)采用次氯酸鈉。

3 次氯酸鈉處理廢水影響因素研究

3.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

次氯酸鈉(0.9%)(溶液)，天津博迪化工股份有限公司；98%濃硫酸。

Anatel TOC 600總有機(jī)碳分析儀；ET99125TOC加熱消解器(容量25個(gè))；Φ16×100 mm的試劑瓶消解槽；賽多利斯分析天平(分析精度0.0001 g)；手動(dòng)移液器，美國熱電公司生產(chǎn)；pHS-3C精密pH計(jì)，上海精密儀器制造廠生產(chǎn)；攪拌器；中壓恒流泵；布氏漏斗；恒溫水浴搖床。

3.2 實(shí)驗(yàn)水樣及電解指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)水樣由某中試裝置提供，經(jīng)過汽提及過濾后組分分析，TOC為其廢水各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。

表1 AKD產(chǎn)品汽提及過濾后產(chǎn)生的廢水指標(biāo)Table 1 Indicators of waste water produced after AKD product steam mentioning filtration

本實(shí)驗(yàn)利用初級(jí)處理后的廢水，控制pH至在13左右，TOC 的含量在5500～6000 mg/L裝置一次鹽水用水指標(biāo)要求如表2所示。

表2 一次電解用水指標(biāo)Table 2 Indicators of primary electrolysis water

3.3 實(shí)驗(yàn)方法

將初級(jí)處理后的廢水作為實(shí)驗(yàn)原液，采用單一變量法，分別通過調(diào)節(jié)次氯酸鈉的加入量，處理體系的pH值，溫度等關(guān)鍵參數(shù)來處理廢水的有機(jī)物含量，進(jìn)而篩選出最佳處理?xiàng)l件。

通過調(diào)節(jié)次氯酸鈉的加入量，調(diào)節(jié)不同的pH值，改變溫度來處理廢水的有機(jī)物含量。利用總有機(jī)碳分析儀來檢測(cè)處理后的廢水TOC及TN值。

3.4 分析方法

利用總有機(jī)碳分析儀來確定有機(jī)物含量，TOC、TN。

分析條件：測(cè)量范圍：0～100000 mg/L C，0～5000 mg/L N，全自動(dòng)多孔位進(jìn)樣器、總氮分析模塊、固體分析模塊、測(cè)定誤差與精度≤1%。

3.5 結(jié)果與討論

3.5.1 pH值對(duì)降低TOC 的影響

待處理確定廢水來源為同一批，次氯酸鈉用同一瓶。取50 mL實(shí)驗(yàn)原液，用硫酸調(diào)pH值[3]，pH值分別為1，2，4，6，8，10，12，加入0.15 g次氯酸鈉溶液，考察pH對(duì)降低TOC的影響，見圖3。

圖3 pH值對(duì)降低TOC的影響Fig.3 Effect of pH value on TOC reduction

由圖3可以看出隨著pH值的降低，實(shí)驗(yàn)原液的TOC值逐漸降低，酸性條件下TOC值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于堿性條件下TOC值，這表明在酸性條件下次氯酸鈉具有較強(qiáng)的氧化性。此外，在pH值為2時(shí)，TOC值降為最低，說明pH值為2時(shí)，次氯酸鈉氧化性最好。因此我們選擇pH=2的溶液來研究次氯酸鈉加入量與TOC的關(guān)系。

3.5.2 次氯酸鈉加入量的影響

取一定量廢水，用濃硫酸調(diào)pH=2，抽濾后分別量取50 mL廢水加入三口燒瓶中，在不同的燒瓶?jī)?nèi)加入不同量的次氯酸鈉，次氯酸鈉量分別為0、0.1546 g、0.3002 g、0.4525 g、0.6065 g、0.7521 g、0.9025 g考察次氯酸鈉加入量對(duì)TOC的影響，見圖4。

圖4 次氯酸鈉加入量對(duì)降低TOC的影響Fig.4 Effect of sodium hypochlorite content on TOC

由圖4可以看出，隨著次氯酸鈉加入量的增大，廢水的TOC值不斷下降，pH值不斷升高。當(dāng)次氯鈉加入0.9 g時(shí)，TOC降解為0。

3.5.3 溫度對(duì)TOC的影響

取一定量廢水，用濃硫酸調(diào)pH=2，抽濾后分別量取50 mL廢水加入三口燒瓶中，在不同的燒瓶?jī)?nèi)，分別在40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃下加入等量的次氯酸鈉，考察水浴溫度對(duì)TOC的影響，見圖5。

圖5 溫度對(duì)降低TOC的影響Fig.5 Effect of temperature on TOC reduction

隨著溫度的升高到80 ℃，處理后的廢水TOC值變大，說明隨著溫度的升高，次氯酸鈉受熱分解，導(dǎo)致氧化效果下降，從圖5也可以看出，80 ℃時(shí)數(shù)值沒有發(fā)生太大變化。因此，反應(yīng)溫度過高都不利于次氯酸鈉氧化，所以次氯酸鈉氧化廢水的反應(yīng)溫度應(yīng)小于70 ℃。

4 結(jié) 論

(1)處理AKD生產(chǎn)廢水，可以采用汽提、次氯酸鈉氧化方法，氧化有機(jī)物，使得TOC<10 mg/L，再進(jìn)行中和后，處理后的廢水滿足鹽水電解的要求。

(2)從單因素實(shí)驗(yàn)可以看出，降低AKD廢水TOC的最佳條件，在酸性條件下，次氯酸鈉氧化AKD廢水的最佳條件為pH初值為2，溫度低于70 ℃，可以有效降低AKD水中有機(jī)物含量。