K2FeO4-PAC应急处理苯酚微污染原水的实验研究

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随着工业的发展,水环境中有机污染日益严重,污水中以酚类为代表的难降解有机物越来越多,存在种类多,浓度高,污染严重等特点。通常采用高锰酸钾和粉末活性炭应急处理苯酚,不足之处是苯酚降解不彻底,且会产生对苯二酚、对苯醌等有毒中间体,因此寻找新型高效处理酚类污染物的绿色药剂已刻不容缓。苯酚是一种分布广泛、难降解的有毒害污染物。苯酚腐蚀性非常强,会腐蚀人类和动物的皮肤。高铁酸钾(K2Fe O4)作为可工业化利用的绿色高效水处理剂,有很多的用途,比如强氧化、絮凝、杀菌、消毒、除臭,同时粉末活性炭具有吸附性能好等优点。然而目前国内外对高铁酸钾水处理效能的探讨主要集中在高铁酸根离子的絮凝助凝、杀菌灭藻消毒和氧化除污等方面,对高铁酸钾与粉末活性炭联用降解苯酚的研究非常少。因此,探索高铁酸钾与粉末活性炭联合使用去除原水中苯酚的效果及其安全性,成为目前国内外水处理领域的研究热点。本文首先进行单因素实验,模拟地表水环境质量标准(GB3838-2002)基本项目标准限值Ⅲ类水的标准,处理浓度是0.005mg/L的苯酚溶液,使处理后的水质达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。研究不同因素对苯酚去除和中间体产生量的影响,以及氧化完成后的pH和最终的pH的变化规律,同时测量Fe2+和Fe3+浓度,进一步找到最优反应条件;之后进行正交实验,根据极差分析比较最终溶液中的中间体浓度、各阶段的pH,铁离子浓度三个方面,分析出不同的影响因素对这三个方面的重要性,最终得出最佳的高铁酸钾和粉末活性炭联用去除苯酚的条件,以及最终中间体的产生量最大的条件。最后通过对单因素实验和正交实验的最佳条件进行安全性分析,证明高铁酸钾和粉末活性炭联用降解苯酚的彻底性和水质安全性。研究结果表明:(1)当苯酚浓度为0.005mg/L时,进行处理的最佳条件:先投加高铁酸钾0.125mg/L,再投加粉末活性炭0.6 mg,控制原水pH为8,温度为30℃,搅拌速度为180 rpm,反应时间为40 min时,苯酚去除率最高,可达60.8%,刚刚达到生活饮用水卫生标准(GB5749-2006),因为苯酚的初始浓度极低,对苯酚的降解难度较大;在高铁酸钾和粉末活性炭作用下,生成的无毒的顺丁烯二酸和草酸远大于有毒性中间体对苯二酚和对苯醌,由物料平衡分析看出各种因素下苯酚降解较彻底,水质安全性较高。(2)苯酚去除的最适条件是:高铁酸钾投加量为0.125mg/L,粉末活性炭投加量为0.9mg,原水pH为7,温度为25℃,氧化时间为40min。顺丁烯二酸产生量最佳条件是:高铁酸钾投加量为0.15mg/L,粉末活性炭投加量为0.2mg,原水pH为11,温度为30℃,氧化时间为30min。草酸产生量最佳条件是:高铁酸钾投加量为0.15mg/L,粉末活性炭投加量为0.2mg,原水pH为11,温度为30℃,氧化时间为30min。综合三者得出高铁酸钾和粉末活性炭联用处理苯酚的最佳实验条件是:高铁酸钾投加量是0.125mg/L,粉末活性炭投加量是0.9mg,原水pH是11,温度是25℃,氧化时间是30min。这时苯酚的去除效果较好,生成的无毒的顺丁烯二酸和草酸远大于有毒性中间体对苯二酚和对苯醌,实验成本也较低,由物料平衡分析看出最佳条件下苯酚降解较彻底,水质安全性较高。(3)影响因素的重要性排序:苯酚去除率:高铁酸钾投加量>粉末活性炭投加量>原水pH>氧化时间>温度顺丁烯二酸浓度:高铁酸钾投加量>粉末活性炭投加量>氧化时间>原水pH>温度草酸浓度:高铁酸钾投加量>粉末活性炭投加量>原水pH=温度>氧化时间Fe2+产生量:高铁酸钾投加量>原水pH>温度>粉末活性炭投加量>氧化时间Fe3+产生量:高铁酸钾投加量>氧化时间>温度>原水pH>粉末活性炭投加量氧化完成后的pH变化量:氧化时间>原水pH>高铁酸钾投加量>粉末活性炭投加量>温度最终的pH变化量:原水pH>粉末活性炭投加量>高铁酸钾投加量>氧化时间>温度由以上结论可以推断出,在这些影响因素中,高铁酸钾投加量是最重要的影响因素,因此在实际工作中,可以优先考虑来降低成本,提高工作效率。
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