地下水中硝基苯类污染物去除技术分析
硝基苯废水处理方案带计算
硝基苯废水处理方案带计算硝基苯废水是指含有硝基苯类物质的废水，如硝基苯、2-硝基苯、4-硝基苯等。
这种废水的处理难度比较大，且具有一定的危害性。
因此，针对硝基苯废水的处理需采取合适的技术方案。
本文将介绍一种针对硝基苯废水的处理方案，旨在提高废水的处理效果，降低处理成本。
一、硝基苯废水的处理方法1.生物法：生物处理法常用的有好氧处理法、厌氧处理法、活性污泥法等。
这些方法通过微生物的作用分解有机污染物，从而降低COD和BOD等指标。
但是，硝基苯等难降解有机物不能被生物完全降解，易造成细菌死亡，生化反应失衡等问题。
2.吸附法：通过活性炭、沸石、膨润土等材料的吸附作用，将废水中的有机物和气体吸附到吸附剂的表面上，然后进行分离。
但是，吸附后的废水含有较高的有机物，处理成本也不低。
3.化学法：通过氧化还原反应将有机物转化为无机物，如溶解氧、臭氧、氯等进行氧化反应。
但是，这些化学品对环境造成的影响难以避免，且处理成本较高。
二、本方案的处理流程1.采用生物法先进行预处理，去除部分COD和BOD，使得后续的处理更易进行。
2.通过膜分离技术将废水中的硝基苯等难降解有机物与水进行分离。
3.将分离后的浓缩废水进行氧化反应处理，将有机物转化为无机物。
为减小处理成本，使用电解氧化反应，其反应公式如下：M（硝基苯）+nH2O→CO2+mN2O（氧化反应）4.将经反应处理后的废水进行中和、沉淀、再过滤等后续操作，使废水溶解度降低，达到标准排放。
三、计算实例假设需要处理1000L的含硝基苯废水，操作条件为：反应时间120min，反应氧化电压为5V，反应温度25℃。
1.反应前的初始含硝基苯浓度为150mg/L。
2.反应后的含硝基苯浓度为5mg/L。
3.计算COD去除率为71.71%。
计算过程如下：（1）计算反应物的摩尔质量：M（硝基苯）=123.11g/mol；（2）计算反应物的质量浓度：C（硝基苯）=150mg/L；（3）计算摩尔质量与质量浓度的关系：n（硝基苯）=C（硝基苯）×L/M （硝基苯），则n（硝基苯）=0.121mol；（4）计算产物的摩尔质量：CO2=44g/mol，N2O=44g/mol，且由反应式可知，n （CO2）=1mol，n（N2O）=2mol；（5）计算摩尔比例：n（硝基苯）:n（CO2）:n（N2O）=1:0.303:0.606；（6）计算产物的量：n（CO2）=0.303×0.121=0.037mol，n（N2O）=0.606×0.121=0.073mol；（7）计算产物的质量：m（CO2）=0.037mol×44g/mol=1.628g，m（N2O）=0.073mol×44g/mol=3.212g；（8）计算COD的去除率：COD去除率=（150–5）/150×100%=96.67%；（9）计算BOD的去除率：BOD去除率=（99-43）/99×100%=55.56%。
超声波_高锰酸钾降解地下水中硝基苯的机理与效果
污水处理超声波-高锰酸钾降解地下水中硝基苯的机理与效果*邱立萍王文科(长安大学环境科学与工程学院西安710064)摘要采用超声波空化效应与KMnO4催化氧化作用,对地下水中硝基苯(NB)的降解效果和作用机理进行了研究,探讨了降解时间、降解温度、硝基苯初始浓度、pH值、溶液中离子强度及KMnO4的浓度等因素对氧化降解NB效果的影响。
结果表明,超声空化效应与KMnO4协同氧化作用能有效地降解地下水中NB,反应过程中产生的羟基自由基(HO#)符合自由基作用机理。
在pH=3~4、温度20e、KMnO4质量浓度为1.25mg/L 时,反应60min,超声波-KMn O4协同降解地下水中NB的效率可达93.5%。
关键词超声波高锰酸钾降解硝基苯空化效应Mechanism and Efficiency of Nitrobenzene Degradation in Underground Waterby Ultrasound-potassium PermanganateQIU Liping WANG Wenke(School o f En viron mental Science an d Enginee rin g,Chang.an University Xi.an710064) Abstract Cavitati on effects of ultrasound and catalysis oxidation of potassium permanganate i s adopted to condcute research on the degradation of nitrobenzene in underground water and the paper discusses the effects of degradation time,concentration of NB,pH value,temperature,ionic s trength and concentration of KMnO4etc on degradation efficiency of NB in underground water.The results show that the ultrasound cavitation effects and the synergetic ox idation effect of KMnO4can effectively de-grade NB in underground water and the hydroxyl free radical(HO#)produced in the course of reaction accord with the mech-ani sm of free radical functi on.The degradation efficiency can reach93.5%by adopting the synergetic action of ultrasound-KMnO4under conditions,pH=3~4、20e、1.25mg/L KMnO4and reacting60minutes.Key Words ultrasound potassium permanganate degradation nitrobenzene cavitation effect0引言传统的水处理方法已经难以满足人们对于环境质量的严格要求,于是一些新的水处理方法逐渐兴起,这些方法有些可以彻底去除水中污染物,有些是降低水中污染物的毒性以便进一步地生物处理,空化技术就是其中之一。
关于硝基苯废水处理技术的分析
关于硝基苯废水处理技术的分析作者：程静来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第08期摘要：作为一种容易累积在生物体中、高毒、化学特性稳定、降解难度高的污染物而言，科研工作者日益重视其环境污染问题。
为此，本文分析了含有硝基苯的废水处理技术，像是萃取技术（物理技术）、生物技术、超声波处理技术（化学技术），以及复合处理技术等。
关键词：硝基苯；废水；处理；技术硝基苯这种化合物属于芳烃类，其在有机化工中是非常关键的一种化工原料与中间体，多聚体、农药、炸药、医药、印染等多个领域都会应用硝基苯。
基于持续发展的现代化工业影响下，所需求的硝基苯量越来越增加，这显然会威胁到人类的生存环境。
鉴于此，探究硝基苯废水的处理技术变得非常迫切和有意义。
1 萃取的物理处理技术萃取技术是通过不溶于水的萃取剂，使用硝基苯在萃取剂跟水的各种配比进行提取和分离，进而净化硝基苯，并且能够重复地应用萃取剂。
Nakai等通过超临界萃取技术萃取处理了硝基苯废水（质量浓度是400mg/L），实现超临界CO2跟硝基苯的逆流接触，基于实验的环境下能够完全地分离硝基苯，以及能够重复地应用超临界CO2。
萃取技术的好处是处理水量大、处理时间短，在浓度较高的硝基苯工业废水中非常适用。
然而也面临缺陷，即溶剂萃取技术在处理废水中的应用欠成熟，有机萃取剂会二次性地污染环境，并且选用的萃取剂不是无限性的。
为此，当今往往在有效应用汽提技术或多级萃取技术的基础上才可以实现显著的效果。
2 超声波处理的化学处理技术超声波处理技术统一了超临界氧化、焚烧、高级氧化等技术，其特点是应用范围广、反应迅速、反应环境温和等，能够单独地处理硝基苯废水，也能够跟其它的一些技术进行耦合，该技术具备较大的应用前景与发展潜能。
超声波处理技术的理论是通过超声波确保溶液形成至少5000K高温的强氧化性自由基（像是·H与·OH等）和空化气泡，从而降解硝基苯。
谭江月通过对含有硝基苯和硝基苯胺的废水应用双频超声协同臭氧氧化处理技术，水质在处理之后实现了一级的排放指标。
国内硝基苯废水治理研究进展
萃取法
• 利用与水不相溶 的有机溶剂将废水 中 的有机物 取出 ，采用物理或化学手段将 有机溶剂与 目的有机 物分离 ，有机 溶 剂一萃取剂 回收重复使用 。林忠祥 等 利用这一原理，以苯为萃取剂处理硝基 苯废水。
吸附法
• 吸附法的吸附过程是指在定条件下 ， 一种物 质的分子 ，原子或离子能 自动 的附着在某种 固体表 面的现象 。吸附 法处理硝基苯类废水是通过吸附剂的表 面对硝基苯的吸附作用 ，将硝基苯从 中 除去 ，然后通 过解析 回收硝基苯 ，吸 附剂重新被使用到下一次 的 吸附过程。
光催化氧化法
• 臭氧，过氧化氢在紫外光的照射下，均可激发 产 生羟基自由基，现已证实将紫外光引入 Fenton 试剂，可大大提高 Fenton试剂的氧化 性能。杨文忠 等利用 Fenton试剂与紫外光联 合作用处理硝基苯废 水 ，发现使用 Uv— Fenton试剂处理废水效果优于单 独使用 Fenton试剂 ，并指 出紫外光 与亚铁离子对过 氧化氢的分解具有协 同作用。
国内硝基苯废水治理研究进 展
• 硝基苯的高毒性、难降解性及其在环境 中的积累性，使得硝基苯污染治理成为 众多科研工作者关注 的课题，本文综述 了国内治理硝基苯污染的方法原理 ，研 究进展及今后深入研究的方向。
• 硝基苯是应用广泛的化工基 础原料，主 要用于染料，医药，农药及炸药等行业， 这 些行业的生产废水中含有大量硝基苯、 苯胺等有机 污染物。硝基苯是高毒性物 质，其毒性一般为其它 化合物的20～ 30倍，且具有弱致突变性。长期接 触， 对人体及动植物危害极大。
生物法
• 在一定条件 下，微生物能使废水 中的硝 基苯得 到有效降解。由于生物处理技术 无二次污染 、费用 低 ，且微生物具有 较强的适应性 和可变异性 ，因此生 物 法处理硝基苯废水成为较理想的方法。
硝基苯废水处理方案(带计算)
目录第一章处理工艺的文献综述3 1.1含硝基苯废水对环境的危害31.2处理硝基苯的技术方法现状31.2.1 物理法31.2.2 化学法41.2.3 生物法4第二章工程设计资料与依据5 2.1废水水量52.2设计进水水质52.3设计出水水质52.4设计依据62.5设计原则与指导思想6第三章工艺流程的确定6 3.1废水的处理工艺流程63.2工艺流程说明73.3工艺各构筑物去除率说明8第四章构筑物设计计算8 4.1设计水量的确定84.2调节池84.3微电解塔94.4FENTON氧化池114.5中和反应池124.6沉淀池134.7生活污水格栅144.8生活污水调节池154.9生化处理系统164.10二沉池184.11污泥浓缩池19第五章构筑物及设备一览表21 5.1主要构筑物一览表215.2主要设备一览表21第六章管道水力计算及高程布置22 6.1平面布置及管道的水力计算226.2泵的水力计算及选型246.3高程布置和计算26第七章参考文献28第一章处理工艺的文献综述1.1含硝基苯废水对环境的危害硝基苯，分子式为C5H6NO2，相对分子量为123，相对密度(水=1)1.20，熔点在5.7℃，沸点是210.9℃。
硝基苯是淡黄色透明油状液体，有苦杏仁味，不溶于水，溶于乙醉、乙醚、苯等多数有机溶剂。
用于溶剂，制造苯胺、染料等。
环境中的硝基苯主要来自化工厂、染料厂的废水废气，尤其是苯胺染料厂排出的污水中含有大量硝基苯。
硝基苯在水中具有极高的稳定性，由于其密度大于水，进入水体后会沉入水底，长时间保持不变。
又由于其在水中有一定的溶解度，所以造成的水体污染会持续相当长的时间。
硝基苯类化合物化学性能稳定，苯环较难开环降解，常规的废水处理方法很难使之净化。
因此，研究硝基苯类污染物的治理方法和技术十分必要。
1.2处理硝基苯的技术方法现状物理法对含高浓度硝基苯的工业废水，采用物理手段处理既可降低硝基苯的浓度，改善废水的可生化性，又可以回收部分硝基苯，实现资源利用最大化。
高效液相色谱法测定地表水中硝基苯类化合物
高效液相色谱法测定地表水中硝基苯类化合物高效液相色谱法（High Performance Liquid Chromatography, HPLC）是一种分离和定量分析化合物的重要技术。
它通过溶液在固定相上的流动，利用化合物在固相和液相之间的分配行为，实现化合物的分离与检测。
本文将介绍如何使用HPLC测定地表水中的硝基苯类化合物。
一、仪器和试剂准备1. HPLC设备：包括色谱柱、注射器、检测器（UV-Vis或荧光检测器等）、泵和数据处理系统。
2.色谱柱：选择适合的柱填料，建议使用C18柱来实现硝基苯类化合物的分离。
3.溶剂：配置适合的流动相溶剂。
可以使用水和有机溶剂（如甲醇、乙腈）的混合物。
需要根据不同化合物的特性进行优化。
4.标准品：准备硝基苯类化合物的纯品作为标准品。
可以使用硝基苯、硝基甲苯、硝基间苯二甲酸二甲酯等化合物。
二、样品处理1.采集样品：在地表水体中采集样品，如河流、湖泊、水库等。
样品采集过程中需要注意防止污染和样品的保存。
2.净化与浓缩：处理样品以去除悬浮物和杂质。
可以通过沉淀、过滤、萃取等方法进行样品的净化与浓缩。
三、建立色谱条件1.选择合适的流动相：根据不同的硝基苯类化合物，优化流动相的组成。
可以通过改变水和有机溶剂的比例、添加缓冲剂等来实现硝基苯类化合物的良好分离。
2.流动相pH值：pH值的选择在分离不同化合物时可能起到关键作用。
可以通过改变缓冲剂的浓度和pH来调整流动相的pH值。
3.流速：根据柱填料的大小和样品复杂性来选择合适的流速。
4.波长和检测器类型：选择最适合硝基苯类化合物检测的波长，并优选合适的检测器。
四、方法验证1.线性范围：建立标准曲线以确定硝基苯类化合物的线性范围。
制备一系列不同浓度的标准品溶液，分别注射到HPLC中测定吸收峰面积或相对峰高，然后绘制硝基苯类化合物浓度与峰面积或相对峰高的标准曲线。
2.精密度和重复性：重复测定同一样品多次，并计算其相对标准偏差（RSD）来评估方法的精密度和重复性。
国内含硝基苯废水处理技术研究进展
国内含硝基苯废水处理技术研究进展摘要：硝基苯废水毒性大、稳定性高、生化性差，含硝基苯废水的处理受到越来越多的关注。
本文综述了国内含硝基苯废水的物理、生物及化学处理方法，评述了各种方法的特点，并阐述了今后研究的重点和发展方向。
关键词：硝基苯废水处理硝基苯类化合物广泛存在于染料、农药、医药、石油化工等工业废水中。
这类化合物具有高毒性和难降解性，可在环境中长期存在和积累，对环境和人体健康危害极大。
因此，我国对工业排放废水中的硝基苯类物质有严格的标准。
许多学者对硝基苯废水的治理做了大量研究，目前其治理方法主要有物理法、生物法和化学法等。
近几年来国内对这3种方法的研究都有颇多进展。
1 物理法1.1萃取法萃取法是利用硝基苯在水和萃取剂中不同的分配比来分离和提取硝基苯，从而净化废水。
于凤文[1]等以生物柴油为萃取剂，采用正交实验设计研究了生物柴油处理硝基苯废水的条件。
在20℃、pH=5.4条件下，V(生物柴油)：V(硝基苯废水)=1：1进行五级错流萃取后，硝基苯质量浓度降至6.43 mg/L，萃余相中硝基苯脱除率达到99.68%。
崔榕[2]等自制的YH-4络合萃取剂，可在酸性或中性条件下含硝基苯废水，并可通过蒸汽气提实现萃取剂再生。
陆嘉昂[3]等用20%三烷基胺+80%加氢煤油作为萃取剂，对苯胺-硝基苯废水进行四级萃取，废水COD去除率达到了96%以上。
萃取法的优点是处理周期短，处理水量大。
但目前可用于废水中硝基苯类物质萃取的有机溶剂种类有限，且硝基苯类化合物在两相内有一定分配比例。
因此利用萃取法彻底去除废水中硝基苯目前难以实现，辅以其他工艺条件的萃取过程，可作为今后的研究方向。
1.2吸附法吸附法是利用多孔性固体吸附剂的高比表面积对硝基苯的吸附作用，将硝基苯从废水中除去，然后通过解析回收硝基苯，吸附剂可循环利用。
李登勇[4]等在600℃的条件下用柚子皮制备生物碳质吸附剂，结果表明生物炭质对硝基苯有很好的吸附作用。
含硝基苯废水处理技术之活性炭吸附法
官网地址：含硝基苯废水处理技术之活性炭吸附法硝基苯( nitrobenzene，NB) 为芳烃类化合物，是有机化工中一种重要的精细化工中间体和化工原料，广泛应用于炸药、印染、农药、医药、多聚体及其他化工产品的生产等领域。
随着现代化工的不断发展，对硝基苯的全球需求量正以每年3. 1% 的速率增长，因此进入环境中的量也会增多。
据统计，全球每年排入环境中的硝基苯超过10000吨。
由于硝基苯是一种剧毒化学品，具有排放量大、难生物降解、“三致”作用及环境积累趋势等特点，人类长期摄入会导致血红蛋白变性，从而引发皮肤炎症、贫血、神经衰弱和肝脏损坏等疾病。
因此，硝基苯已被美国国家环境保护局( EPA) 和我国列为优先控制的环境污染物之一。
目前，国内外含硝基苯废水处理技术发展迅速，主要包括物理法、化学法、生物法及复合处理方法等。
吸附法处理含硝基苯废水是利用吸附剂表面对硝基苯的吸附作用，将硝基苯从废水中去除，然后再对吸附剂进行解析并回收硝基苯，吸附剂可循环使用。
官网地址：通过对活性炭HNO3氧化及随后N2气氛中热处理，研究活性炭性质对其吸附硝基苯性能的影响，结果表明改性后活性炭对硝基苯的吸附容量改善明显，吸附容量排序依次为ACNO-T ＞ACraw＞ACNO。
华英杰等研究表明，D301Ｒ树脂对水溶液中硝基苯具有较好吸附效果，吸附速率快，室温下其吸附容量为5. 02mg/g。
张继义等研究小麦秸秆生物碳质吸附剂对硝基苯废水的吸附性能，结果表明生物碳质吸附剂对硝基苯去除率可达90%，最大吸附量约为92. 37mg/g。
吸附法优点是吸附剂来源广泛、操作方便、能耗低，同时可使目标污染物得以回收利用，实现废物的资源化。
但由于传统活性炭吸附剂在吸附效率、再生条件、材料机械强度和使用寿命等方面均不太理想，所以今后研究方向应在如何延长使用寿命、寻找适合的吸附剂再生方式和大力开发新型吸附材料等方面。
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地下水中硝基苯类污染物去除技术分析硝基苯是一种重要的有机化学中间体,被广泛应用于农药、染料、医药及其他化工行业 ,有资料显示,1994 年全国硝基苯的总产量就达到200 多万t,近些年,因硝基苯类污染物造成的地下水污染事件时有发生。
从1983 年,松花江水系不断遭到了有机物的严重污染,其中地下水中硝基苯类污染物占检出率的2. 9% ,检出数目有3 种,2,4-DNT 就是3 种硝基苯类污染物中的一种典型污染物 ,2005 年11 月13号,中石油吉林石化公司双苯厂发生爆炸事故导致了大量的硝基苯类有机物进入松花江,导致地下水中的硝基苯超标10. 7 倍。
在2008 年的“渭河关中段地下水对河流生态基流的保障研究”中,也报道了有关硝基苯污染地下水的突发事件。
由于地下水的隐蔽性、不可逆性和系统的复杂性等特性,造成了被硝基苯类有机物污染的地下水难以被治理,因此,研究地下水中硝基苯类污染物的去除技术与方法成为当前地下水污染治理的研究热点。
铁碳微电解是一种常见的污染物去除方式,具有处理效果好、操作简便低能等特点,成为近些年发展起来的处理有机污染物较好的方法,铁碳微电解的反应过程中发生如式(1) ~ (4)的反应,Fe0 、C 具有不同的电极电位,在溶液中的Fe0 作为阳极,C 作为阴极形成了原电池。
阴极产生大量的[H]和[O],这些活性成分能与水中的有机物发生反应。
铁碳微电解作为一种有效的去除污染物的方式,常被用来去除水中的硝基苯等难降解性有机物。
阳极:阴极:中性或碱性条件下阴极:酸性溶氧条件下:酸性无氧条件下:利用铁碳微电解降解硝基苯的研究很多,但是针对地下水环境中的Fe0 -C 微电解技术去除硝基苯类有机物的效果有待进一步考察,地下水中的环境很复杂,酸碱性、溶解氧等影响因素都会影响到去除效果。
基于此,本实验以地下水中2,4-DNT 为目标污染物,研究了地下水中的pH 值,溶解氧以及常见的阴、阳离子对于Fe0 -C 去除2,4-DNT 过程的影响,并分析了反应产物,以期找到适合在地下水环境中去除2,4-DNT的最佳条件。
1 材料与方法1. 1 实验材料和仪器还原性铁粉(阿拉丁公司,100 目);颗粒性活性炭(分析纯);2-氨基-4-硝基甲苯(Labor Dr. Ehrenstoris99. 5% );4-氨基-2-硝基甲苯( Labor Dr. Ehrenstoris 99. 5% ); 2, 4-二氨基甲苯( Labor Dr. Ehrenstoris99. 5% )。
实验所用的钠盐(NaCl,Na2 SO4 ) 和氯盐(CaCl2 ,MgCl2 和KCl) 均为分析纯;2,4-二硝基甲苯(99% )购于东京化成工业株式会社。
实验中取0. 5 g 2,4-DNT 溶于100 mL 乙醇中,稀释到1 L 的容量瓶中,得到500 mg·L - 1 的2,4-DNT 储备液待用,实验时取40 mL 2,4-DNT 的储备液稀释到200 mL,配置成100 mg·L - 1 的2,4-DNT 的使用液。
有机物的测量采用安捷伦1200 高效液相色谱仪分析,色谱柱为安捷伦C18 反相色谱柱COSMOSIL,规格为4. 6 mm × 250 mm,流动相为:V甲醇∶ V 水= 70∶ 30,流速为1 mL·min - 1 ,进样量为20 μL·min - 1 ,紫外检测波长为254 nm,检测温度为30 ℃。
所用有机物质均为色谱纯,所用水均为超纯水。
1. 2 实验方法实验共分为5 个部分:Fe0 -C 去除2,4-DNT 的可行性实验、初始pH 的影响实验、DO 的影响实验、地下水中常见的阴阳离子的影响实验。
实验中将0. 3 g 还原性铁粉、0. 1 g 活性炭与100 mg·L - 1 的2,4-DNT溶液200 mL 共置于250 mL 具塞磨口锥形瓶中,用20% 的HCl 和0. 1 mg·L - 1 的NaOH 调节溶液中的pH值,溶液通过通入高纯氮气和氧气,研究不同浓度溶解氧条件下2,4-DNT 的去除率,迅速用橡胶塞密封,于15 ℃的恒温振荡器上以150 r·min - 1 的频率震荡到设定时间,用注射器吸取5 mL,用0. 22 μm 的滤膜进行过滤,然后测试2,4-DNT 及其反应产物含量。
2 结果与讨论2. 1 Fe0 、C 及Fe0 -C 去除2,4-DNT 效果及产物分析为了解Fe0 -C 微电解去除2,4-DNT 的原理,在pH = 7,DO = 0. 23 mg·L - 1 ,T = 15 ℃ ,无阴阳离子的条件下,设置单独Fe0 、单独C 和Fe0 -C 3 种组合模拟去除地下水中2,4-DNT,3 组去除效果如图1 所示,经过200 min,Fe0 -C 对2,4-DNT 的去除率可达到83. 09% ,单独Fe0 去除2,4-DNT 的效果不佳,去除率仅为8. 53% , 单独C 对2,4-DNT 的去除率为73. 20% ,具有有一定的吸附作用。
在Fe0 -C 反应开始150 min 内,2,4-DNT 去除效果较明显,随后2,4-DNT 的去除效率降低,直至达到一个平衡状态。
体系反应60 min 时,在溶液中检测出2-氨基-4-硝基甲苯(2A4 NT)、4-氨基-2-硝基甲苯(4A2 NT)和2,4-二氨基甲苯(2,4-DAT)3 种物质,详见图2。
可见溶液中存在反应将苯环上的硝基转化为氨基,2-氨基-4硝基甲苯(2A4 NT)、4-氨基-2-硝基甲苯(4A2 NT)为中间产物,2,4-二氨基甲苯(2,4-DAT) 为最终产物,相对于硝基苯来说,苯胺的毒性较小。
产生这种结果的原因主要包括:一方面Fe0 和C 在溶液中会形成无数个微小的原电池,形成宏观原电池。
如式(1) ~ 式(4),电极反应生成的产物具有较高的化学活性,电极本身及其所产生的新生态[H]、Fe2 + 等均能与废水中许多无机和有机组分发生氧化还原反应会加快2,4-DNT 的去除。
但是Fe0 -C 原电池反应是在Fe0 的表面产生的,Fe0 表面的活性点位有限,当Fe0 的活性电位被利用完,微电解的反应不能继续进行。
另一方面是由于在微电解处理中活性炭对有机物有吸附作用 ,会加大2,4-DNT 的去除率。
2. 2 初始pH 值对2,4-DNT 去除率的影响在DO = 0. 23 mg·L - 1 ,T = 15 ℃ ,无阴阳离子的条件下,图3 为不同初始pH 值对Fe0 -C 去除2,4-DNT 的影响效果,从图中看出,酸性条件下最适合2,4-DNT 的去除,且酸性和碱性条件下初始pH 值对去除2,4-DNT 的效果不同:酸性条件下,pH 值越低,2,4-DNT 的去除速率越大,在pH = 5 时,反应200min,2,4-DNT 的去除率为82% ;在碱性条件下,pH值越高,反应速率越大,在pH = 9 时,2,4-DNT 的去除率仅为64% ;产生这种结果的可能原因有以下3个:1)如式(2)、(3)所示,酸性和碱性条件下阴极的氧化还原电位不同,酸性条件下的化学活性更高,且酸性越强,活性越高,去除2,4-DNT 的能力更强;2)碱性条件下,微电解产生的Fe2 + 和和被氧化成的Fe3 + 将溶液中的2,4-DNT 通过凝胶作用聚集在一起,形成以Fe2 + 和Fe3 + 为中心的絮凝体,以胶体形式与2,4-DNT 形成共沉淀物 ,因此碱性条件下,pH值越高,2,4-DNT 的去除率越大。
地下水一般呈中性,并不是Fe0 -C 去除2,4-DNT 的最好条件,如何更好地弥补这个不足之处是未来要研究的重点。
2. 3 溶解氧对2,4-DNT 去率的影响地下水中一般溶解氧含量较低,往往属于厌氧环境。
为探讨溶解氧对2,4-DNT 去除的影响,在pH= 7,T = 15 ℃ ,无阴阳离子的条件下,设置了DO 为0. 23、3. 75、6. 78 和9. 26 mg·L - 1 4 组对比实验,图4 为4 组不同溶氧条件下的2,4-DNT 的去除效果:从图中可以看出,在DO = 9. 26 mg·L - 1 的条件下,2,4-DNT 的去除率较高,在t = 100 min 时, DO = 9. 26mg·L - 1 条件下的2,4-DNT 的去除率比DO = 0. 23mg·L - 1 条件下的去除率高21% ,反应后期,实验中2,4-DNT 的去除率开始趋于稳定状态。
从式(2) 和(3)看出在溶氧条件下Fe0 -C 微电解阴极的电位较高,微电解作用增强 , Fe0 更易腐蚀, 溶液中Fe2 + 、Fe3 + 的含量增多,Fe2 + 、Fe3 + 会消耗OH - ,酸性条件下有利于2,4-DNT 的去除。
2. 4 阳离子对2,4-DNT 去除率的影响地下水中存在很多阳离子,常见的有在Na + 、K + 、Ca2 + 和Mg2 + 等离子,在2,4-DNT 溶液的质量浓度为100 mg·L - 1 ,pH = 7,DO = 0. 23 mg·L - 1 ,T =15 ℃ ,Na + 、K + 、Ca2 + 和Mg2 + 浓度均为100 mg·L - 1的条件下,Fe0 -C 去除2,4-DNT 的效果如图5 所示。
4 种阳离子提高了2,4-DNT 的去除率,其中Ca2 + 对提高2,4-DNT 的效果最好;反应前期,4 种离子对提高2,4-DNT 的去除速率较明显,在t = 25 min 时,4 种阳离子对2,4-DNT 的去除率提高了28% 、28% 、30% 和20% ;随着反应的进行,4 种阳离子对2,4-DNT 的去除速率的影响降低,在t = 200 min 时,4 种阳离子的提高效率不足9% 。
前期2,4-DNT 的去除速率较快的可能的原因是在溶液中NaCl、KCl、CaCl2 和MgCl2 在水溶液中能够全部溶解,电离出能够自由移动的离子(包括Na + 、K + 、Ca2 + 和Mg2 + ),加快了氧化还原反应中的电子转移;随着反应的进行,Fe0 和C 的消耗加大,用来还原2,4-DNT 的电子不足,且铁的表面逐渐形成了氧化膜,出现了钝化现象,因此,在反应后期2,4-DNT 的去除速率逐渐减慢,直至达到平衡。
2. 5 阴离子对2,4-DNT 去除率的影响2,4-DNT 溶液的质量浓度为100 mg·L - 1 ,pH =7,DO = 0. 23 mg·L - 1 ,T = 15 ℃ ,Cl - 和SO4 2 - 均为100 mg·L - 1 的条件下,Fe0 -C 去除2,4-DNT 的效果如图6 所示,Cl - 和SO4 2- 的存在提高了Fe0 -C 对2,4-DNT 的去除效率。