糖精鈉是食品工業(yè)重要的甜味添加劑,其制備工藝是將鄰苯二甲酸酐酰胺化、酯化制成鄰氨基苯甲酸甲酯,再經(jīng)重氮、置換、氯化后,再胺化、環(huán)化、參加NaHCO3等過程得到糖精鈉。由于生產(chǎn)中運(yùn)用的原料品種多,工藝流程較長,各工序排出的廢水組分復(fù)雜,且含有大量的有機(jī)物,如鄰氨基苯甲酸甲酯、鄰氨基苯甲酸鈉、鄰氯苯甲酸甲酯、苯酐等難生物降解的單苯環(huán)衍生物及其化合物,具有COD高、色度深、高鹽、廢水量大等特性,直接排放會(huì)對環(huán)境形成很大的危害。目前,針對糖精鈉廢水的處置工藝,工業(yè)上多采用芬頓氧化法,該辦法應(yīng)用了H2O2在Fe2+離子在催化作用下,生成具有高反響活性的羥基自在基(?OH),與大多數(shù)有機(jī)物反響并使其降解的原理,其工藝操作簡單、反響快速、可連續(xù)絮凝等優(yōu)點(diǎn),但關(guān)于糖精鈉廢水中含有難降解的單苯環(huán)衍生物及其化合物,仍有一定的局限性。
Fenton氧化—絮凝處置:包括廢水pH酸堿度的調(diào)理、去除金屬離子以及生化深度處置。Fenton試劑氧化有機(jī)物的反響是以Fe2+對H2O2催化生成羥基自在基,使糖精鈉生產(chǎn)廢水中的有機(jī)物在氧化劑的誘導(dǎo)作用下發(fā)作巧合或降解,構(gòu)成分子量大小不同的產(chǎn)物,因而,改動(dòng)了有機(jī)物在廢水中的原始物化性能,促進(jìn)其降解和絮凝沉淀。20世紀(jì)70年代初,C.walling等人的研討標(biāo)明,Fenton試劑氧化有機(jī)物的反響是以亞鐵離子作用過氧化氫生成?OH而實(shí)施的游離基反響,Eisen-hauer運(yùn)用Fenton試劑處置苯酚廢水和烷基苯廢水取得勝利后,Fenton氧化法在工業(yè)廢水處置范疇遭到國內(nèi)外的普遍注重,肖羽堂等人經(jīng)芬頓試劑處置氯化苯廢水后,COD去除率達(dá)63%左右,色度去除率91%以上,生化值BOD5/CODcr從0.068上升0.86以上,處置后的出水可生化性好,對生化過程無明顯的抑止作用。該辦法特別適用于難生物降解或普通化學(xué)氧化難以奏效的有機(jī)廢水的處置,糖精鈉生產(chǎn)廢水即屬于這樣一種難以生物降解的有機(jī)廢水。
1、存在問題及計(jì)劃
糖精鈉生產(chǎn)廢水的有機(jī)物濃度高、可生化性差,完整依托Fenton氧化法,是達(dá)不到預(yù)期的處置效果的。由于僅采取加大試劑投加量的辦法來降解有機(jī)物,固然可使局部難生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子的中間體,改動(dòng)了其可生化性、溶解性和絮凝沉淀性,但COD去除率也只要60%左右,這主要是由于糖精鈉生產(chǎn)工藝道路較長,各工序所外排廢水水質(zhì)的差別給集中處置形成了很大艱難。為到達(dá)徹底管理糖精鈉生產(chǎn)廢水的目的,我們依據(jù)糖精鈉生產(chǎn)過程各工序外排廢水水質(zhì)的差別,分別采取了針對性的處置辦法。本實(shí)驗(yàn)選擇酯化別離和置換工序產(chǎn)生的高濃度鄰氨基苯甲酸廢水,根據(jù)Cu2+與H2O2發(fā)作類Fenton反響原理,應(yīng)用Cu2+、Fe2+離子的協(xié)同效應(yīng),分離銅離子沉淀法和芬頓氧化法,使鄰氨基苯甲酸與銅離子反響生成鄰氨基苯甲酸銅沉淀,同時(shí),Cu2+離子的引入強(qiáng)化了芬頓氧化法進(jìn)行糖精鈉工業(yè)廢水處理的過程;對硫酸銅、硫酸亞鐵、過氧化氫的參加量實(shí)施研討,選取單要素實(shí)驗(yàn)辦法肯定最佳工藝參數(shù),由此拓展Fenton氧化法處置糖精鈉生產(chǎn)廢水的新思緒。
2、實(shí)驗(yàn)局部
2.1 儀器和藥品
儀器:LY-C3型COD快速測定儀,DF-101S數(shù)顯加熱磁力攪拌器,真空泵,布氏漏斗。
藥品:硫酸銅(CuSO4)(AR),硫酸亞鐵(FeSO4?7H2O)(AR),30%過氧化氫水溶液(AR)。
2.2 實(shí)驗(yàn)用廢水
實(shí)驗(yàn)用廢水取自開封某化工公司,糖精鈉生產(chǎn)安裝的酯化別離和置換工序所產(chǎn)生鄰氨基苯甲酸廢水,這兩個(gè)工序的廢水水質(zhì)類似,其水質(zhì)剖析結(jié)果見表1。
2.3 實(shí)驗(yàn)辦法
銅離子(Cu2+)的原子半徑較小,存在空的電子軌道,在光的作用下能與空氣中的氧分子作用構(gòu)成活化絡(luò)合物“Cu2+—O2”,活化氧分子有利于進(jìn)攻鄰氨基苯甲酸分子,使之被催化氧化成氧化型小分子,反響過程為:鄰氨基苯甲酸分子+Cu2+—O2+光=氧化型有機(jī)小分子+H2O2+Cu2+;而Fe2+離子除了具有催化氧化作用外,還能與H2O2生成極生動(dòng)的羥基自在基去氧化鄰氨基苯甲酸分子;另外,固然銅離子與鄰氨基苯甲酸鈉生成沉淀,但該反響是可逆的,Cu2+、Fe2+離子在溶液中同時(shí)存在,兩者具有很好的協(xié)同作用。
本實(shí)驗(yàn)根據(jù)Cu2+與H2O2發(fā)作類Fenton反響原理,應(yīng)用Cu2+、Fe2+離子的協(xié)同效應(yīng),將銅離子沉淀法和芬頓氧化法相分離,討論硫酸銅、硫酸亞鐵、過氧化氫的參加量對COD去除率的影響,采用單要素實(shí)驗(yàn)辦法,肯定最佳的強(qiáng)化芬頓氧化法處置糖精鈉酯化別離和置換工序廢水的工藝參數(shù)。首先取50mL糖精鈉廢水于燒杯中,投加適量的硫酸銅,常溫下攪拌30min,靜置沉淀30min,用布氏漏斗過濾;濾液再參加一定量的硫酸亞鐵和過氧化氫,常溫下攪拌40min,靜置沉淀30min,過濾后取濾液測定COD值,工藝流程如圖1。
3、結(jié)果與討論
3.1 硫酸銅投加量對COD去除率的影響
廢水50mL,硫酸亞鐵0.06g,過氧化氫16mL,硫酸銅投加量分別為0.55、0.75、0.95、1.15、1.35、1.55g時(shí)對廢水COD去除率的影響。
從圖2能夠看出,隨著硫酸銅投加量的增加,COD去除率先增加后略有降低。硫酸銅在投加量1.15g時(shí),COD去除率最高,因而選擇1.15g實(shí)施下一步實(shí)驗(yàn)。由于鄰氨基苯甲酸與銅離子反響構(gòu)成鄰氨基苯甲酸銅沉淀是可逆反響,當(dāng)硫酸銅參加量過多時(shí),反響向反方向?qū)嵤?,使沉淀發(fā)作局部溶液,廢液中鄰氨基苯甲酸鈉含量增加,此時(shí)COD去除率會(huì)略有增加。
3.2 硫酸亞鐵投加量對COD去除率的影響
廢水50mL,硫酸銅1.15g,過氧化氫16mL,硫酸亞鐵投加量分別為0.04、0.06、0.08、0.1、0.12、0.14g時(shí)對廢水COD去除率的影響。
從圖3中能夠看出,硫酸亞鐵的增加使COD值呈降落趨向,去除率呈上升趨向,但到達(dá)一定量后,變化趨向不再明顯,這是由于隨著硫酸亞鐵含量的增加,加快了過氧化氫的合成速率,增加了水中羥基自在基的濃度,提升了有機(jī)污染物的降解速率,但過多的亞鐵離子會(huì)耗費(fèi)體系中的輕基自在基,影響其反響進(jìn)程,使整個(gè)體系氧化才能降低。當(dāng)硫酸亞鐵投加量為0.1g時(shí),COD去除率最大為58.7%。因而選擇0.1g實(shí)施下一步實(shí)驗(yàn)。
3.3 過氧化氫投加量對COD去除率的影響
糖精鈉廢水50mL,硫酸銅1.15g,硫酸亞鐵0.1g,過氧化氫投加量分別為6、11、16、21、26、31mL時(shí)對廢水COD去除率的影響。
從圖4能夠看出,隨過氧化氫投加量的增加,COD值呈降落趨向,COD去除率先增加后略有降低。過氧化氫投加量在21mL,COD去除率最高,為68.9%。過氧化氫是輕基自在基的供體物質(zhì),當(dāng)投加過量過氧化氫時(shí),會(huì)使二價(jià)鐵疾速被氧化為三價(jià)鐵,此時(shí)即耗費(fèi)過氧化氫,又抑止羥基自在基的生成,因而過氧化氫投加量超越26mL后,COD的去除率會(huì)略有降低。
3.4 最佳工藝條件實(shí)驗(yàn)
最佳工藝條件實(shí)驗(yàn)為:50mL糖精鈉廢水、1.15g硫酸銅、0.1g硫酸亞鐵、21mL30%過氧化氫,COD去除率76%,該工藝與芬頓氧化法相比,硫酸銅的參加強(qiáng)化了Fe2+離子的催化作用,提升了廢水中COD去除率。
4、結(jié)論
1)在Fenton氧化法處置糖精鈉廢水過程中,硫酸銅的參加對糖精鈉生產(chǎn)中的酯化別離和置換工序所產(chǎn)生鄰氨基苯甲酸廢水的COD去除有較好的促進(jìn)作用。
2)Fenton試劑中硫酸亞鐵、過氧化氫的恰當(dāng)添加有利于反響的實(shí)施,運(yùn)用量能夠降低。
3)對50mL糖精鈉生產(chǎn)中酯化別離和置換工序的鄰氨基苯甲酸廢水,投加硫酸銅1.15g、硫酸亞鐵0.1g、30%過氧化氫21mL,其COD去除率為76%。