改性硼泥对生活污水中COD的处理效率研究

　　摘要：活性污泥法具有成本高，效率低，不易控制等缺陷，我们研究一种利用廉价的硼泥处理生活污水的途径。我们先对硼泥进行改性，然后通过催化消解试验来研究硼泥对污水中COD的处理效果。
　　关键词：硼泥吸附，生活污水COD，泥水混合比例
　　TheResearchabouttheSewageTreatmentEffectbytheModificationBoronmudZhouyanzhu(GuangdongSenyangEnvirenmentProtectionEngineeringEquipmentco,ltd,Guangzhou,510375)
　　Abstract：Activatedsludgeprocesswithhighcosts,lowefficiency,difficulttocontroldefects,westudiedacheapwaythatusetheboronmudtotreatsewage.Wefirstmodifythenatureofboron,andthenstudytheeffectofboronmudinsewagetreatmentbycatalyticdigestiontest.
　　Keywords：TheboronmudadsorptionTheCODofsewageWatermixingratio
　　1.实验方法
　　1.1实验仪器
　　磁力搅拌机
　　离心机
　　XJ-I型COD消解装置
　　带盖密封消化管
　　移液管1mL、3mL、5mL、10mL
　　25mL滴定管
　　150mL锥形瓶
　　20mL量筒
　　1.2实验试剂
　　1.2.1重铬酸钾标准溶液（1/6K2Cr2O7=0.0500mol/L）：称取经120℃烘干2h的基准或优级纯重铬酸钾2.4516g，用少量水溶解，移入1000mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀，供标定硫酸亚铁铵溶液用。
　　1.2.2试亚铁灵指示剂：称取1.485g邻菲罗啉（C12H8N2•H2O）和0.695g硫酸亚铁（FeSO4•7H2O）溶于水中，稀释至100mL，储于棕色瓶中。
　　1.2.3硫酸亚铁铵标准溶液[（NH4）2Fe(SO4)2•6H2O≈0.05mol/L]：称取19.76g分析纯硫酸亚铁铵溶于水中，边搅拌边加入20mL浓硫酸，冷却后移入1000mL容量瓶中，加水稀释至标线，摇匀，临用前用重铬酸钾标准溶液标定。
　　另外称取9.88g，3.95g硫酸亚铁铵（加入硫酸量相同）按上述方法分别配制成0.025mol/L、0.01mol/L的硫酸亚铁铵溶液。
　　标定方法：准确吸取10.00mL重铬酸钾标准溶液于250mL锥形瓶中，加水稀释至55mL左右，缓慢加入15mL硫酸，混匀，冷却后，加入2-3滴试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点。
　　C[（NH4）2Fe(SO4)2•6H2O]=0.05×10/V
　　式中：C——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度（mol/L）
　　V——硫酸亚铁铵滴定溶液的用量（mL）
　　1.2.4消化液Ⅰ：称取19.6g重铬酸钾，50.0g硫酸铝钾，10.0g钼酸铵，溶解于500mL水中，加入200mL浓硫酸，冷却后，转移至1000mL容量瓶中，用水稀释至标线。该溶液重铬酸钾的浓度为0.4mol/L（C=1/6K2Cr2O7）用于测定COD浓度在1000-2500mg/L水样（含2500mg/L以上需要稀释的水样）
　　1.2.5消化液Ⅱ：称取5g重铬酸钾,（硫酸铝钾，钼酸铵同消化液Ⅰ），按上述方法配制，重铬酸钾的浓度为0.2mol/L，用于测定COD浓度在500-1000mg/L的水样。
　　1.2.6消化液Ⅲ：称取2.45g重铬酸钾,（硫酸铝钾，钼酸铵同消化液Ⅰ），按上述方法配制，重铬酸钾的浓度为0.05mol/L，用于测定COD浓度在50mg/L以下的水样。
　　1.2.7催化剂B：称取8.8g分析纯硫酸银溶解于1L浓硫酸中。
　　1.2.8掩蔽剂C：称取30.0g分析纯硫酸汞溶解于100mL10%的硫酸中。
　　1.2.910%硫酸：取50mL蒸馏水，缓慢加入10mL浓硫酸，冷却后定容至100mL。
　　#所用试剂均采用基准或分析纯。
　　1.3测试步骤
　　1.3.1对硼泥进行改性参数的测定
　　把硼泥与酸按1：5（如10g硼泥和50mL硫酸）混合，酸中氢离子浓度为1当量，水浴分别加热至40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃，以30转/分钟的速度搅拌3小时。刚混合反应时，溶液会放出大量气体，溶液体积迅速膨胀。这主要是因为氢离子被硼泥中所含金属还原，产生大量氢气，使溶液的体积膨胀。反应结束后，测试、记录上清液的pH值。
　　1.3.2测定改性硼泥对生活污水COD的处理效果
　　实验前的准备工作
　　（1）提前30min接通消解装置的电源。
　　（2）检查每个消煮管是否干净或破裂纹现象，如有破裂纹不能再使用；瓶盖里面的垫片是否有水珠，如有水珠，应把垫片取出，放入80℃左右的加热恒温烘箱中烘干再使用。
　　（3）估计大约的COD值，水样取回后，应首先根据水样的来源、水样的浑浊度和颜色来估计大约COD值，目的是确定使用哪一种浓度的消化液。
　　1量取一定体积的污水，称取10g硼泥，在锥形瓶里混合，放入一磁子。用磁力搅拌器在室温下，以20转/分钟的速度搅拌20分钟，目的是为了加快硼泥与污水的混合、反应速度，节约时间；搅拌后，把泥水混合物放入离心机中，以4000转/分钟的速度离心10分钟，目的是为了让反应后的泥、水分离速度更快、分离的更完全，以便下面实验提取上清液进行测试。
　　2准确吸取均匀水样3mL置于消化管中，准确加入1.00mL掩蔽剂（不含氯离子的水样改加1mL10%硫酸），3.00mL消化液，5.00mL催化剂，摇匀。
　　3旋紧密封盖，依次将消化管插入已到达165℃的COD消解装置恒温体孔中，将拔动开关至‘工作’位，按‘调分’键，此时水样开始进行定时，定温催化消解工作。整个消煮过程约需22分钟。
　　4当定时器发出呼叫信号时，整个消解过程完毕，将消解管按顺序从装置中取出，冷却。
　　5滴定：将样液转移到150mL锥形瓶中，用20mL蒸馏水分三次冲洗消化管，冲洗液并入锥形瓶中，2-3滴试亚铁灵指示剂用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量，计算出COD值。
　　按以上步骤分别做空白实验2个、未经处理水样3个、经处理水样3个。
　　注1：该方法是“重铬酸钾法”在简化仪器装置后的方法简化了消解操作。经验有“重铬酸钾法”同等精度。
　　注2：每批水样在测试的同时，必须做两个空白试验。
　　注3：硫酸亚铁铵浓度应根据消化液浓度而定：
　　（1） 加入消化液Ⅰ，用0.05000mol/L硫酸亚铁铵；
　　（2） 加入消化液Ⅱ，用0.02500mol/L硫酸亚铁铵；
　　（3） 加入消化液Ⅲ，用0.01000mol/L硫酸亚铁铵；
　　2.结果与讨论
　　2.1温度对硼泥活性的影响
　　硼泥与1N硫酸以1：5的比例反应最终会达到中性，但是反应时温度的不同，达到中性所需要的时间也不同。根据硼泥与氢离子浓度为1N的硫酸在不同的温度、测定记录反应3小时后的pH值，判定硼泥反应活性最高的温度（见表1、图1）。
　　
　　表1硼泥与酸在不同温度下反应后的pH值
　　　　
　　 
　　图1硼泥与酸在不同温度下反应后pH值
　　
　　从图表中可知，随着温度的升高，硼泥与酸反应后的pH值逐渐升高，到90℃时pH为最7.38，但是在过了一天后pH值就上升到7.5以上。而反观80℃的硼泥与酸反应后上清液，在以后三天内的pH值分别是：第一天pH=7.33；第二天pH=7.35；第三天pH=7.41。pH值比较稳定，保持在6.5～7.5中性范围内。因此80℃为硼泥改性的最佳温度。
　　2.2污水是否经过过滤对污水COD处理效果的影响
　　本次实验中，采用的是加入消化液Ⅰ和0.05000mol/L硫酸亚铁铵。每次空白实验做2个平行实验，未经硼泥处理水样做3个平行实验，经硼泥处理污水水样3个平行实验，每次数据取平均值，如有其中一个数据与其他两个数据相差较大的情况，则舍去，从其他两个数据中取平均值计算。
　　                     
　　表2污水是否经过滤再由硼泥处理后的COD祛除率比较
　　　　
　　                    
　　图2污水是否经过滤再由硼泥处理后的COD祛除率比较
　　
　　从经过过滤与没有经过过滤的污水在硼泥处理后COD处理效率对比（图2）看出，硼泥对未经过滤的污水COD的处理效率为75％，而对经过过滤的污水COD处理效率仅为38％。经过过滤的污水，水质明显变清，滤纸上覆盖着一层黑色物质；而在没经过滤的污水在与硼泥反应后，水中悬浮物明显比原来少，水质也变清。也就是说，硼泥对污水COD的作用机理主要是利用吸附能力，对污水中的悬浮物进行吸附，而在生活污水中的悬浮物上面，有30％的有机物附着在上面，当悬浮物被吸附的过程中，它们也随着附着的悬浮物从污水中脱离。剩余污水中的COD，主要是由溶解在水中的有机物产生的，而硼泥对水溶性的有机物处理效率明显不高。因此，硼泥对于混浊度较高的污水处理效果好。
　　在处理后，原来在污水中的有机物并没有被分解，只是附着在硼泥上。因此，可以用附有大量有机物的硼泥经行种植，种植的植物主要以喜硼植物为主，有机物和硼可以提供给植物充足的有机营养和微量元素，这样即能对硼泥达到无害化处理的效果，又能种植植物，增加绿化。
　　2.3硼泥与生活污水搭配比例对污水COD处理效果的影响
　　根据所测到滴定所需要的硫酸亚铁铵的量（表3），用公式：
　　COD（mg/L）=(V0-V1)•C•8•1000/V2
　　式中：V0——空白消耗硫酸亚铁铵量（mL）
　　V1——所测水样消耗硫酸亚铁铵量（mL）
　　V2——所测水样体积(mL)
　　C——硫酸亚铁铵溶液的浓度(mol/L)
　　8——氧（1/2O）摩尔质量
　　计算出原水样的COD与处理后水样的COD，两者之差为被祛除的COD，用被祛除的COD比上原水样的COD，就可得出COD的祛除率。COD的祛除率是判断硼泥对污水中COD祛除效果好与不好的依据。
　　
　　表3各硼泥、污水比例COD的祛除率
　　　　
　　
　　
　　
　　
　　图3各硼泥、污水比例COD的祛除率
　　
　　根据计算后的祛除率（图3）可知，污水与硼泥比例的不同，所得到COD处理的效果也不同。而处理效果与泥水比例的关系主要是成反比比例，即在泥用量不变的条件下，随着泥用污水的减少，处理的效率升高。当硼泥：污水=1：6～1：5（即10g硼泥加60mL污水和10g硼泥加50mL污水）时，COD的祛除率在30%左右，变化不大。这时，污水里面的悬浮物量大大超出硼泥的吸附能力。当两者比例小于1：5时，祛除效率随污水量的减少而升高。这时，污水中被硼泥吸附的悬浮物占总悬浮物的量比例越来越大，剩余在污水中的悬浮物越来越少。当硼泥：污水＝1：3（10g硼泥＋30mL污水）时，曲线到达最顶点，说明这时硼泥对污水中的悬浮物吸附效率最高，从而达到对COD的处理效果最好。当比例为1：2时，处理结果与1：3相差不大，反而有些下降，这是因为当污水量过少时，硼泥自身的有机物会对污水中的COD产生影响，使COD上升。因此从实验结果得知，在硼泥和污水的用量上1：3为最佳比例。
　　另外，当泥水比例为1：1时，反应后不易提取上清液，而且硼泥自身对COD的影响会更大，因此没有进行此测试。而10g硼泥与10mL污水混合后，加水稀释后进行的测试，考虑到这是污水处理效果的实验，如果还要加入纯净水的话，就没有意义了，所以稀释实验也没有进行。
　　3.结论与展望
　　“硼泥大量堆放造成浪费、污染”，“生活污水排放量巨大，难以处理”，“工业废酸需要高成本处理”这三大问题曾经对我们的环境造成很大威胁。我们这次实验的结果就是先利用工业废酸对硼泥进行改性后，用改性硼泥对生活污水进行处理，降低生活污水中的COD，而处理污水后的硼泥，可用于植物种植，以达到硼泥与污水的处理无害化。