《超声波铁氧体法处理含锌废水研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超声波铁氧体法处理含锌废水研究（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、甘肃老化学会第二卡五届年会论文集 一2 8 1 一 超声波一铁氧体法处理含锌废水研究 韩晓燕，王萍 ( 兰州交通大学化学与生物工程学院，甘肃兰州7 3 0 0 7 0 ) 摘錾；本实验使用超声波一铁氧体法对含锌废水进行处理，通过考虑硫酸豫铁用量、p H 值、H 2 0 2 震萋、超声波的辐射时间籀辐射功率对含锌废水去除率以及铁氧体磁性魏影响，确定越声波一铁氧 体法处理含锌废水的最佳操作条件。结果表明：最佳p H 为1 0 0 ，随着硫酸亚铁用量的增加，Z n 2 + 的 去除攀增大。当F c 2 + ：Z n 2 + - - 4 ：l ( m o l ：m 0 1 ) ，超声波辐射时间和辐射功
2、率分别是3 0 r a i n 和6 0 W e r a 2 时，去除 率高达到9 9 。8 0 以上，3 鞭2 0 2 灞量为1 0 1 5 m L ，铁氧体为黑色鼠磁性最强。 关键词t 超声波一铁氧体法；含锌废水；去除率 引言 攥文献驻锻邋超声波在处理某些含重金属络台物的废水时，可以将重金属络合物的金属离子和 络合剂分离，能较方便的除去重金属离子。它集高级氧化技术，焚烧，超临界飘化等多种水处理技 术特点于一身，降解条件温和，降解速度快，适用范围广，可以单独或与其它水处理技术联合使用， 使超声波在水轮理方面得已广泛应瘸。近来蜀本电气公司发明了震超声波作用使铁氧体瓤粒纯，铁 离子与其它金属离子
3、组成的氧化物固溶体，具有较高的稳定性且具有磁性，易于实现固液分离并无二 次污染，在处理煎金属废水方面具有独到的优点【2 l 。当含有氧化亚铁盐的废水在超声波作用下，废液 中鹩重金属燕| l 进入铁氧体龋格丙生成大粒径的强磁性氧化物沉淀，因而改善了沉淀物的沉降和过滤 性能，按此法处理，沉淀物中的重金属极少再溶出。在我因使用超声波一铁氧体法处理煎金属废水 的研究还比较少。本实验采用超声波、铁氧体联合法即超声波一铁氧体法对含锌废水进行处理。 1 实验部分 1 1 实验试剂与仪器 模撅废水；Z n 2 + 含量为1 0 0 m g L 的承溶液；硫酸亚铁、硫酸锌、氢氧纯钠、3 0 碣0 2 、锌试剂
4、均为A R 试剂。 7 2 1 分光光度计：上海精密科仪器有限公司 M E T I L E RT O L E D 0 3 2 0 P H 计：梅特勒耗利多仪器上海有限公司 K Q 5 2 0 0 D B 型数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司 1 1 2 实骏方法 取含锌废水2 0 0 m L ( 含锌1 0 0 m g L ) 予5 0 0 m L 三日烧瓶中，向溶液中加入一定量韵F e S 0 4 7 H 2 0 ， 调节p H 到一定范围，在超声波的辐射下滴入一定量的3 H 2 0 2 ，静超一段时间进行过滤，取上清液 使用7 2 1 分光光度计测定含锌废水的吸光度，根据浓度与吸光度
5、的关系确定处理后废水中Z n 2 + 的浓 度测定Z n 2 + l 均浓度。 2 实验结果与讨论 在处理废水过程中不仅要考虑到去除效果，还要考虑到经济适用等因素，用超声波一铁氧化法 处理废水主要考虑药剂投加最，p H 值，H 2 0 2 的用量及超声波辐射的影响，经筛选取p H 值，硫酸弧 铁投拥爨，H 2 0 2 耀量以及超声波辐射时间和辕射声强酶影响作先实验的因素因素来研究。1 1 E m a i l ：j o r d a n l 9 7 9 1 2 6 c o r n 一2 8 2 一 甘肃省化学会第二十五届年会论文集 2 1P H 值对去除率的影响 根据铁氧体形成的原理可知：溶液中氢
6、氧根离予参与形成铁氧体的化学反应，则溶液的p H 值 对形成铁氧体有直接的影响。黧此将p 珏蕊变化对处理效果的影响终为燕要参数研究。根据文献强一， 实验初步条件设定为2 + ：z n 2 + = 2 0 ：l ( m o l ：m 0 1 ) ，p H 值为6 O 1 2 0 ，超声波强度和时间分别为5 0 W c m 2 和3 0 r a i n 。p H 值对废水处理效果的影响见表l 。 由表l 的实验续祭可虢看浅2 ：Z n 2 + = 2 0 ：1 ( m o l ：m 0 1 ) ，蝉值大予等予8 。2 的情况下殛2 十的去除 率均在9 9 2 0 以上，且上清液中z f l 2 +
7、 的剩余浓度均小于国家一级排放标准规定值。在废水处理过程 中，p H 值在8 2 1 2 0 的范围内锌浓度均达到一级排放标准，且p H 值在9 0 - 1 1 0 之间时处理效果 稳定。当p H 值等于l l 。7 9 时锌浓度有爱增大，这是因为Z n ( O H h 显两性。所以溶液p H 萤过高时， 并不利于锌铁氧体的形成。因此，当p H 值在9 O 1 1 0 时，Z 姐2 + 基本沉淀完全。实验中还发现：随 着p H 值的增大，铁氧体的颜色由褐色向黑褐色加深，上清液的p H 值由小而增大。其中当反应溶液 p H 值在8 0 - 1 0 。6 4 之闰时上清液p 嚣值蚜达舅凌水缒 敖标
8、准。最看逶遂检测：褐色铁氧体赡磁性 较弱甚至没有，而黑褐色铁氧体磁性较强。所以，实验的最佳p H 值为l O 0 。 表1p H 值对z n 孙尝除率的影瞧 2 2F e S 0 4 的加入量对去除率的影响 本实验中，因三价铁和二价铁离子的摩尔比已确定为2 ：1 ，所以加药量的多少一般以亚铁离子与 废水中重金属离子摩尔 | ：计算。一般认为；F e S 0 4 授料眈增大有助于铁裁体酌形成。在进行p 嚣值变 化对处理效果影响实验研究中，设定条件为F e 2 + ：Z n 2 + = 2 0 ：I ( m o l ：m 0 1 ) ，处理后的废水锌浓度远远低 予国家一级排放标准，但相应投加的药量
9、也相对较多，考虑投加药量的多少对处理成本的影响，所 以需傲大登实验寻求最佳投药麓。因此，实验条件设定为p H 值等于l O O ，超声波强度帮时阅分裂 为5 0 W c m 2 和3 0 m i n ，硫酸亚铁加入量对处理效果的影响见液2 。 从表2 的实验结柴可知：F 乎+ ：Z n 2 + 的任何投料比下都可保证出水中教2 + 的浓度达到国家级标 准规定值。僮当F 酽十：Z n 2 + 的瘁尔沈在0 - - - , 2 之间时，铁氧体的磁性较弱。当F ，+ ：Z n 玉3 时，总的锌 浓度达到排放标准且基本趋势不变，铁氧体颜色为照褐色且磁性较强，出水p H 也符合要求。但过 多的硫酸盟铁会
10、造成骧料浪费。综合考虑去除率、铁氧体磁性移出水p H 等因素，硫酸亚铁的加入 鲞以F e 秘和Z n z + 的摩尔院等于4 为最佳。 甘肃省化学会第二十五届年会论文集 一2 8 3 一 表2 硫酸亚铁加入量对Z n “去除率的影响 2 3 超声波辐射时间的影响 超声波作用时间对处理效果及铁氧体磁性的影响见表3 。从表3 中可知：随着超声波辐射时间 的增长，出水中锌离子的浓度变化不大，但其浓度均远远低于排放标准，这表明F e 3 0 4 对z n “的吸 附是化学吸附占主导地位，绝大多数z n “可以取代F e 3 0 4 品格里F 分+ 的位置，z I l 2 + 在铁氧体晶格中结 合得非常
11、牢固，在超声波时间改变的条件下，沉淀物中Z n 2 + 极少再溶出，因而导致出水锌离子的浓 度变化不大。实验中发现超声波辐射时间的增长对铁氧体磁性的影响较明显。这是因为超声波空化 作用能在空化泡周围的极小空间产生1 9 0 0 5 2 0 0 K 的高温和5 0 6 6 2 k P a 的高压，温度变化率达 1 0 9 K s ，并伴有强烈的冲击波和时速高达4 0 0 k m h 的射流。在此极端环境条件下，将泡内气体和液 体交界面的介质加热分解产生强氧化性的自由基O ，O H 等。由于超声波空化作用与辐射时间长短 有一定的关系，故超声波辐射时间的增长对铁氧体磁性的影响较明显，实验中发现辐射时
12、间短时，铁 氧体磁性较弱，甚至无磁性，这是因为时间短，超声波的空化作用较弱，产生高温的能力也较弱，使 氢氧化物胶体不易破坏或脱水分解，即得不到强磁性氧化物。若时间过长，铁氧体的磁性也减弱， 这是因为随着时间的增长，超声波的空化作用逐渐增强，产生大量具有强氧化性自由基的O 、O H 会使过量的F e 2 + 氧化为F e H ，而使F e 2 + 不足，这也不利于铁氧体生成，且浪费能源。同时，时间过 长处理后废水的p H 值低于6 0 ，达不到排放标准。为节省能源同时使水达到排放标准，本实验选择 时间控制在3 0 m i n 。 表3 超声波辐射时间的影响 2 4 超声波辐射强度的影响 一2 8
13、 4 一甘肃省化学会第二十五届年会论文集 超声波辐射强度对处理效果及铁氧体磁性的影响见表4 。从表中可以看出：随着超声波声强的 增大，出水中锌离子的浓度变化不大，其浓度均远远低于国家一级排放标准，这更进一步表明F e 3 0 4 对Z n 2 + 吸附是化学吸附占主导地位，绝大多数Z n 2 + 可以取代F e 3 0 4 晶格里F e “的位置，且z n 2 + 在铁 氧体晶格中结合得非常牢固，在超声波声强改变的条件下极少再溶出，因此导致出水中锌离子的浓 度变化不大。随着超声波声强的增大对铁氧体磁性的影响较明显，这也是因为超声波空化作用能在 空化泡周围的极小空间产生1 9 0 0 - - -
14、 - 5 2 0 0 K 的高温和5 0 6 6 2 k P a 的高压，温度变化率达1 0 9 K s ，并伴 有强烈的冲击波和时速高达4 0 0 k m h 的射流。在此极端环境条件下，将泡内气体和液体交界面的介 质加热分解产生强氧化性的自由基O 、O H 等。由于超声波空化作用与超声波强度有密切的关系， 故超声波辐射强度的增大对铁氧体磁性的影响较明显。本实验中发现声强低时的影响与时间短时的 影响相似，声强低时铁氧体磁性较弱，甚至无磁性，这是因时间短，超声波的空化作用较弱，产生 瞬间高温的能力也较弱，使氢氧化物胶体不易破坏或脱水分解，即得不到强磁性的氧化物。若声强 过大，铁氧体的磁性也减弱
15、，这是因为随着时间的增长，超声波的空化作用增强，产生大量具有强氧 化性的自由基O 、O H ，会使过量的F e 2 + 氧化为F e 3 + 而使F e 2 + 不足，这也不利于铁氧体生成，并且浪 费能源，同时，声强过大废水处理后的p H 值低于6 0 ，达不到排放标准。故本实验声强控制在 6 0 W c m 2 。 表4 超声波辐射强度的影响 2 5 双氧水的加入量对铁氧体的影响 加入双氧水的目的是平衡所需F e “和F e 3 + 的量，促进铁氧体的形成。常规的氧化 表5 双氧水加入量对铁氧体的影响 甘肃省化学会第二十五届年会论文集 一2 8 5 一 法方式是空气氧化，但考虑实际应用中的可
16、操作性且H 2 0 2 用量控制比空气精确，本实验探讨用H 2 0 2 的氧化效果。文中3 H 2 0 2 的加入量对铁氧体磁性的影响见表5 。由表中结果可知：3 H 2 0 2 的加入 量过多过少均会影响F e 2 + 和F e 3 + 的合适比例，使铁氧体的磁性减弱，故本文选择3 H 2 0 2 加入量为 1 0 1 5 m L 。 由单因素实验得最佳工艺条件为：p H 为1 0 0 、F e 2 + ：Z n 2 + = 4 ：l ( m o l ：m 0 1 ) ，超声波辐射时间和辐射 功率分别是3 0 m i n 和6 0 W c m 2 、3 H 2 0 2 用量为1 0 1 5 m L 时，去除率达9 9 8 0 以上，且铁氧体是 黑褐色，磁性最强。 3 结论 利用超声波一铁氧体法处理含锌离子废水，在最佳条件下，含Z n 2 + 废水的去除率为9 9 8 0 以
