过硫酸盐活化方式及其氧化处理H酸废水研究

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萘磺酸广泛应用于染料生产、医药合成以及建筑行业,产生了大量含萘磺酸及其衍生物的废水。这类废水酸性极强、在水中溶解性大、可生化性差,在环境中容易大量累积。高级氧化技术反应速度快、对于污染物降解彻底,本文用过硫酸盐(PS)氧化处理H酸废水,研究了热活化、碱活化以及碱热复合活化PS条件下H酸的降解效果,结果发现:
  (1)热活化体系中,PS浓度为6mmol?L-1、H酸质量浓度为500mg?L-1、体系温度分别为30、40、50和60℃经过180min反应后H酸的去除率依次为59.8%、67.6%、73.7%和75.3%,温度的上升促进了PS对H酸的氧化降解,证明热活化PS氧化降解H酸有效。H酸的表观活化能为48.49kJ.mo?l-1。PS浓度为1.2、2.4、3.6、4.8和6.0mmol?L-1时H酸降解率依次为50.2%、60.8%、67.8%、72.5%以及73.7%,在该范围内H酸的去除率与PS浓度正相关,但当PS浓度超过12mmol?L-1后H酸的去除率几乎不增加。H酸的降解受溶液中初始pH(pH0)影响较大,反应40min内高pH0不利于H酸降解,但40min后pH0对H酸降解影响不显著,总体而言pH0值越大,H酸最高降解效果越好,该体系最佳效果为77%,此时pHo为9。Cl-浓度低于9.0mmol?L-1时对H酸降解影响不大。在反应体系中主导活性物种是SO4?-。随着反应的进行,反应液中SO42-浓度迅速增加,相比之下NO3-度增加较少。热活化PS对H酸的矿化效果并不理想,反应120min后H酸矿化率仅为11.5%;
  (2)碱活化体系中,首先研究了常温下pH0对PS氧化降解H酸的影响,结果发现强酸强碱条件下氧化效果更好,中性条件下效果最差。氧化钙投加量超过500mg?L-1后H酸溶液的pH维持在12左右,可以用于活化PS处理H酸。H酸的去除率与投加量正相关,无CaO条件下加入PS反应100min后H酸的降解率仅为42.5%,但当CaO投加量为500、750、1000和1250mg?L-1时对应的H酸的降解率分别提升至69.4%、75.3%、80.7%和82.8%,H酸降解效果大幅提升并且与CaO投加量正相关。钙盐沉淀的吸附作用对H酸的降解影响有限。从H酸去除效率和反应速率综合角度看,碱活化优于热活化;
  (3)在碱活化条件下升温(复合活化)大幅提高了反应速率,当氧化钙投加量为500mg?L-1、体系温度为65℃时,H酸的去除率仅为72.5%,升温并没有大幅促进碱活化体系中H酸降解。当温度低于50℃时复合活化体系对H酸的氧化效果要优于热活化,随着温度继续升高,复合活化的效果反而不如热活化。复合活化体系中PS浓度为3、6、9和12mmol?L-1对应的H酸降解率依次为68.7%、69.4%、71.5%以及73.8%,PS浓度的增加对H酸降解率提升十分有限。无机离子中CO32-离子的存在抑制了H酸降解,但同浓度下Cl-、SO42-影响不大。复合活化PS对H酸的矿化效果并不理想,100min后TOC去除率仅为16.6%;
  (4)利用GC-MS分析了H酸降解中间产物,发现了较稳定的对-苯二甲酸,由此推测出H酸在复合活化条件下首先被PS氧化为邻一苯二甲酸酐,然后水解异构为对一苯二甲酸,最终矿化为CO2和H2O。
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