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關鍵詞:延安市;河道污染;防治
中圖分類號:D92 文獻標志碼:A 文章編號:1673-291X(2011)34-0116-02
當前,水污染治理同水患治理一樣都已成為我們大家熱門話題。延安市市區河道污染較嚴重,雖然市河道管理處也進行了多年的治理,但也只是簡單的治了一點點的表,而根本談不上治本。就延全市區的河道污染仍然突出。面對延安市要創建國家衛生城市,文明城市,旅游城市,那我們必須下大決心對河道污染進行治理。市區河道如果繼續遭受污染,那將后果難以估量。所以對市區河道污染防治就顯得優為重要了。
一、河道現狀
延安市區有延河系的四條小支河道,通常河水也很小,但平日里河道里的污染物隨處可見,主要表現有:污水、生活垃圾、建筑垃圾、白色垃圾、生物垃圾等。讓人坐公交車上看到河道里是雜草叢生,白色垃圾亂飛,建筑垃圾亂倒,河水干枯而惡臭。給來自全國的游客感觀不好,也對市民的生活質量有很大的影響。
二、原因分析
造成河道污染原因主要有三個。(1)河道穿過生活區,由于部分市民環境衛生意識較差,再有部分村內保潔體系不健全,山溝成為村民的垃圾場,大量垃圾在溪水沖刷下,在下游淤積,腐爛,分解,造成了水體富營養化。(2)由于歷史原因,一些舊有的沿河生活區塊,工業區塊采用合流制直排式排水系統,一些沿河的住宅居民的生活污水直接注入水體,造成污染。近年來雖進行了治理,但由于截污難度大,耗資高,未能徹底攔截污源。(3)上游水源時間分布不均,而且沒有具備一定的蓄水調水能力。枯水期支流干涸,即使豐水期,水將在短時間內瀉進靈江,沒有持續的源頭活水,因此河水得不到流動和稀釋,河道自動凈化能力也就大大降低。
三、治理對策
根據本地多年的治理嘗試和外地城市的經驗,我們建議應該從以下幾點入手加以治理,以取得事半功倍的效果。
(一)堅持以防為主
以防為主能從根本上解決污染問題,是提高治理效果、降低治污成本的有效途徑,為此,必須抓好以下幾點:
1.嚴格預防生活垃圾進入水體。首先,加強宣傳教育,只有通過宣傳,才能提高市民環保意識,才能從源頭上防止垃圾進河,為了提高宣傳效果,宣傳要講究宣傳方式多樣化,例如張貼各種宣傳標語,利用宣傳車,可以組織各種宣講團等等。宣傳可采用多渠道,例如,通過報紙、電視、網絡等媒體反復不斷地宣傳,從而提高市民環保意識。宣傳要抓重點,要對重點地段,重點人群進行深入反復宣傳。其次,要建立溝道保潔體系,我們要進一步擴大我們現有的街容保潔取得的成果,并把河道保潔納入街容保潔體系中。在沿河無保潔體系的區塊,如后山村、國慶村等,盡快建立保潔體系,設立垃圾屋、垃圾箱,實行門前三包,沿河河道分河段,落實責任人,定期對河道生活垃圾進行及時清理。另外,要加大河道管理力度,為預防垃圾進入河道,政府要出臺相應可操作的法律文件,加大管理力度,加大執法力度,嚴禁在河道亂倒垃圾,亂扔垃圾。
2.要積極預防,嚴禁沿河各種污水進入水體。 一是加大力度對城區未采取雨污分流的廠區進行分流改造,政府要出臺相關政策,要求各個相關企業參與,分別做好這項工作。二是對于一些舊有的沿河生活區塊,要做好截污工作。以前部分沿溝住宅都是采用直排式合流制排水系統,各種污水直接排入沿河水溝,然后流至東大河,因此,截污難度較大,耗資高。對此可采用截流式合流制排水系統,就是在各溝渠流入延河出口處設置溢流井,晴天和初雨時,所有的排污經過截污管道都被送入污水廠,經處理后排入水體。大雨、暴雨時候,溪水可以從溢流口溢出,不會對污水廠造成很大壓力。三是對一些待建或者在建的項目,要嚴格執行《環境影響評價法》和《建設項目環境保護管理條例》、《污水綜合排放標準》、《污水排入城市下水道水質標準》,對有可能造成嚴重污染或者未按要求實施雨污分流的項目要堅決制止,這項工作由環保局負總責,發改委、建設規劃局等部門配合。
(二)采取“防”、“治”結合
在預“防”的基礎上,必須進行“治,”因為治能彌補防的不足。
1.積極推進生態修復治理工程。因為作為城市河道生態系統及其脆弱,一旦破壞很難恢復,我們要迅速保護和建立水生植被,如水草、蘆葦等,它能為一些水生動物如水蚤、魚類等提供良好的棲息場地,更重要的是水生植被能吸附、降解,水中N、P等營養鹽及部分重金屬,還能產生氧氣,以增強水體的自凈能力。在恢復植被同時,合理放養濾食性魚類,如鰱魚、草魚、鳙魚等,以低齡浮游藻類為食,可以有效控制藻類瘋長,避免水體營養化,從而達到降污的效果。
2.繼續加強對河道的工程性治理。首先,繼續實行河道疏浚,因為通過疏浚,既能清除污泥,達到清理河道功效,也能使河道變深、變寬、提高其蓄水能力,以增強其水體自凈能力。其次,可以考慮在支流的出口處,分別攔截三道橡膠壩。設置橡膠壩好處至少有三:其一,橡膠壩可以增加河道蓄水量,也提高了水體自凈能力;其二,避免大田港,靈湖水源直接接觸市區內河河水,減少重點治理的水域面積;其三,橡膠壩有許多自身優點,它安裝簡捷,造價低廉,操作方便,能對市區內河水蓄放自如,當洪水來臨時放掉壩內空氣(或者水),塌掉壩體,不影響泄洪,平時可以根據實際需要回充水或空氣抬高壩身,從而抬高內河水位。最后,可采用蓄水調水等措施。這的確是一個可以考慮的辦法。
關鍵詞: 鋼鐵行業; 酸洗廢水; 固液分離膜; 膜污染、膜清洗
Abstract: The solid-liquid separation membrane technology is a new solid-liquid separation technology replacing the traditional coagulation precipitate and filtering, which has the advantages of fine water quality, small floor area and low operating cost. Based on a brief introduction to the application of solid-liquid separation membrane, the paper explains the causes for its pollution and proposes the corresponding cleaning solution. In addition, according to the actual operation, the paper introduces alternative cleaning means, perfecting the cleaning solutions.
Key words: steel and iron industry; pickling wastewater; solid-liquid separation membrane; membrane pollution; membrane cleaning
中圖分類號:S141.8 文獻標識碼:A 文章編號:2095-2104(2012)
1.引言
為提高鋼材表面質量,在加工之前用鹽酸進行酸洗,除去鋼材表面上的氧化物及毛刺等。酸洗后用清水沖洗以清除表面附著的少量酸洗液,隨之產生大量酸洗廢水。該廢水主要污染物為 pH、Fe2+、TP等和少量CODcr。國內外針對酸洗廢水的處理技術一般為中和、沉淀、過濾等傳統工藝,不同之處只是加堿方式的差異和沉淀池級數的不同。傳統處理工藝耐沖擊負荷差,尤其當廢水中鐵離子濃度過高時,廢水加堿后形成的固體含量大,造成沉淀工藝無法進行,最終導致出水水質不達標。另外,傳統酸洗廢水處理工藝還存在工藝流程冗長、占地面積大、污泥脫水困難、并且必須投加助凝劑和投堿量過大的缺點。
膜分離技術是20世紀60年代后迅速崛起的新型廢水處理技術。尤其在近十年,因其兼有分離、濃縮、純化和精制的功能,又有高效、節能、環保、分子級過濾、易于控制等特點。目前已廣泛應用于各種廢水處理工藝。固液分離膜是以聚四氟乙烯為原料經過特殊的膨化工藝處理以后制成的膨體聚四氟乙烯薄膜。固液膜分離器具有抗沖擊能力強、去除效率高,動力消耗少和化學清洗簡便優點。針對于傳統酸洗廢水處理工藝存在的不足,采用固液膜分離技術處理酸洗廢水,依靠固液分離膜處理技術的高效的分離能力和穩定的去除效率,不但可以解決傳統酸洗廢水處理工藝的不足,同時經固液分離膜處理后的廢水可直接回用于生產。
2.項目簡介
天津某金屬制品企業,年產高檔金屬制品35萬噸,產生的廢水主要為金屬制品酸洗預處理后,經漂洗金屬制品所產生的含酸漂洗廢水,廢水中主要污染物為pH、Fe2+、TP和少量的鐵渣。本項目于2010年5月開行運行,項目具體情況如下:
2.1設計規模與進出水水質
⑴工程規模
根據該公司提供的資料,通過用水量計算,確定工程含酸廢水水量為300m3/h。
⑵工程進出水水質
廢水處理出水達到《天津市地方廢水綜合排放標準》(DB12/356—2008)中的二級排放標準。本工程的進出水水質如表1:
表1進出水水質參數表
2.2工藝流程及說明
酸洗廢水處理流程如圖1所示:
圖1酸洗廢水處理工藝流程圖
廠區酸洗廢水首先進入集水井,由耐酸泵對廢水進行一次提升,進入預中和濾池。依靠石灰石中有效成分CaCO3的弱堿性質,使廢水經過石灰石后的pH值穩定在4~5之間。而后,酸洗廢水依靠重力流入隔油調節池。酸洗廢水經水質和水量的調節后,通過耐腐蝕化工泵提升進入序批式中和反應池。在序批式中和反應池內向廢水中投加石灰乳,將廢水pH值調至8.5~9.0之間,使廢水中的Fe2+和Fe3+與OH-反應生成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀物。池底均布穿孔曝氣管,加入的空氣中的氧氣將廢水中生成的Fe(OH)2氧化為Fe(OH)3。經反應后的廢水靠自流流入中間水池,由潛污泵提升進入膜固液分離器中進行處理。廢水中的固體顆粒被濾膜截留,水經過膜組件后進入下級處理單元。
2.3固液分離膜主要技術參數
本項目固液分離膜系統采用五組過濾器,每組過濾器配套膜組件250跟,單組過濾器實際處理能力為90m3/h。固液分離膜組建主要技術參數如表2所示。
表2 膜組件技術參數表
3.膜污染的形成
膜組件一旦投入運行,只要存在的截留和分離,膜的污染在所難免。并且隨著污染的不斷發生,污染物在膜表面和膜孔內產生不可逆的積累,導致膜通量的不斷下降。當膜通量下降到一定程度,膜組件產水量不能達到設計要求,必須更換膜組件。膜在使用時, 不可避免地會受到膜污染, 導致其通量逐漸降低。造成膜污染主要有2 個原因: ⑴膜表面吸附溶質( 尤其是大分子) 形成的膜污染;⑵濃差化的影響。[1]
膜污染是指被處理物料中的微粒、膠體粒子和溶質大分子由于與膜存在物理化學相互作用或機械作用而引起的膜表面或膜孔內吸附、堵塞使膜產生透過流量與分離特性的不可逆變化的現象[2]。料液中的組分在膜表面沉積形成的污染層將增加膜過程的阻力,該阻力可能遠大于膜本身的阻力;組分在膜孔中沉積將造成膜孔的減小乃至堵塞。對膜污染而言,往往具有不可逆性。
關鍵詞:高中化學;實驗;綠色化 一、改革高中化學實驗模式,培養學生的綠色化學意識
高中化學知識的獲得約60%來自實驗,要想實現高中化學實驗的綠色化,必須不斷改革高中化學實驗模式,消除污染源,培養學生的綠色環保意識,以教材中的每個實驗為對象,提出一套完整的綠色實驗設計方案。比如,在氯氣實驗中,現有的儀器設備只起到通風排氣的作用,并不能對有毒性氣體進行消除,因此可以使用毒氣罩或者組合試管,把有毒氣體轉化為其他物質,降低污染。化學實驗中不可避免地會接觸高毒性、高濃度的有害氣體或者液體,學生只有充分了解各種試劑的危害性,才能夠更好地運用化學知識進行綠色化學實驗。
學校要制訂嚴格的實驗室規章制度,建立實驗室廢物處理標準,不斷加強實驗室科學化管理,做好藥品集中回收處理工作。其次,要提高實驗指導員的環保意識,引導學生遵循化學實驗原則,樹立嚴謹的實驗研究精神,盡量選擇污染小的實驗方案,明確規定的藥品劑量和濃度,杜絕化學污染源,盡量消除造成污染的可能性。比如,在學習酸性物質時,教師可以通過測定雨水的pH值來闡述化學污染物對生活造成的影響。在做二氧化硫、一氧化碳等有毒氣體實驗時,可以通過增加尾氣處理裝置,減少污染物污染,同時也強化了學生的環保意識。另外不少化學實驗過程中可能產生廢氣、廢水等污染物。比如,在氯氣性質實驗、氮與硫化合物性質實驗時,會產生一系列的廢氣、廢水,對環境造成嚴重的污染。
二、改善化學實驗條件,優化實驗設計方案
高中化學實驗使用或者產生的環境污染物種類繁多,如,酸、堿、一氧化碳、二氧化硫、苯酚、乙醛等,很多藥劑本身就具有污染性,再加上實驗裝置的不完善,實驗設計不科學,產生了嚴重的環境污染。因此,在化學實驗過程中要樹立科學的態度,精心優化設計方案。比如,在氯氣的制取和性質測定實驗中,可以將反應發生器、防倒流裝置、尾氣處理裝置等組合成全封閉的一體化系統,使氯氣制取、氯氣與納、氯氣與干濕布條等反應集中體現出來,同時將殘余的氯氣以及有害氣體壓入吸收凈化裝置,杜絕有害氣體在實驗室擴散。
教師要充分利用現代化信息技術手段,對于一些毒性大、污染嚴重、條件要求高的實驗,可以采取多媒體教學模式或者現代化計算機操作,進行微觀模擬實驗,盡量減小實驗對玻璃設施的依賴性。比如,在氯化氨受熱分解實驗中,可以通過在滴板上進行實驗,通過投影儀將實驗過程放大,不僅減少了藥劑的使用,還更加清晰明了地反應了實驗的全過程。實驗室廢液處理難度比較大并且對環境污染嚴重,比如,酸堿液、重金屬鹽溶液以及鈣鎂鹽溶液等有機類實驗廢液,學生在實驗過程中要嚴格按照操作規程進行試驗,禁止將鋇鹽、砷與汞的化合物等有毒藥劑直接導入水槽之中,而是要通過用大量清水稀釋、重金屬粒子沉淀法、酸堿中和反應以及氧化還原反應等方式處理廢棄物,最后經過pH試紙檢測后,才能排放出去。
三、控制化學藥品用量,盡量使用無污染可替代物
教師應該認真探究和總結化學實驗反應機理,為實現綠色化學實驗提供理論依據。例如,在醋酸鈉脫羧實驗中,可以從氧化鈣的催化作用入手,尋找新的催化劑,事實上經過實驗證明鐵的催化作用也相當明顯,這不僅能使學生對實驗有更深刻的了解,還培養了學生的探索和創新能力。其次,可以從化學實驗的反應速度入手,加強對濃度、溫度、催化劑、壓強等影響因素的研究,并采取相應的控制措施,科學改進實驗步驟。比如,在銅與濃硫酸反應的實驗中,即使停止加熱,由于試管中的溫度仍然比較高,導致反應無法立即停止,有害氣體二氧化硫不斷產生,造成嚴重的環境污染,但是可以加入銅絲使反應及時停止,減小大氣污染。
實驗過程中要合理控制藥劑濃度與用量,實現科學節約用藥,減少不必要的實驗環節和流程,最大限度地減小污染。要仔細品味化學實驗要求中的“少量”“些許”“定量”等用語,杜絕憑感覺使用藥品,在化學試劑的配置在要精量細算,堅持適量原則。如一般實驗室配制AgNO3和BaCl2溶液時,要求它們的濃度為2%~5%,經過試驗發現,實際上只需配制0.1%~1%的濃度即可達到理想的實驗效果,從而實現“省資源、少污染”的目的。
高中化學實驗的綠色化,是培養學生環保意識,實現可持續發展的一項舉措。在實驗過程中,要不斷改革高化學實驗模式,科學控制化學藥品用量,盡量使用無污染的可替代物,努力改善化學實驗條件,優化實驗設計方案,真正實現綠色化學實驗。
參考文獻:
外活動
〔中圖分類號〕 G633.8 〔文獻標識碼〕 C
〔文章編號〕 1004—0463(2012)23—0043—01
環境保護問題是當前人類急需解決的重大問題之一,環保意識已成為當代人類文化素養的重要組成部分。為提升全民的環保意識,在化學教學中培養學生的環保意識是每一位化學教師義不容辭的責任。在化學教學中應該怎樣滲透環保教育,如何培養學生的環保意識呢?筆者認為應從以下幾個方面入手。
一、深挖教材,聯系實際,樹立環保意識
教師在給學生傳授化學知識的同時要把環保知識融入其中,這樣既豐富了課堂教學內容,又激發了學生的學習興趣,同時還能增強學生的環保意識。在教學過程中,教師要立足課本,結合環保常識,聯系環境污染的事例,積極幫助學生樹立環保意識。例如,在教學《空氣》一課時,我沒有停留在簡單地介紹空氣成分和大氣污染上,而是提出了一些問題,如現在空氣中哪些成分增加了,這些成分的增加將引起哪些后果等等。讓學生帶著問題,閱讀課文,展開討論,從而得出結論。 這樣不但使學生了解了造成大氣污染的原因,還認識到大氣污染造成的危害,從而引導學生樹立環保意識。在教學中增加一些具體數據,如全世界每分鐘有28人死于環境污染,每年有1500萬人因環境污染而喪生等等,使學生深刻認識到保護環境的重要性,培養學生的環保意識。
環保意識的培養不能局限于課堂教學,還應該延伸至習題課。近幾年的高考試題中經常出現有關環保方面的試題,這就要求教師和學生去了解環保、關心環保。為此,教師可以設計一些有趣的、具有啟發性的題目,讓學生獨立思考,把平時所學的知識用到實處,鼓勵學生解決實際問題,從而親身參與環保活動,樹立強烈的環保意識。
二、規范實驗操作,改進實驗方案,強化環保意識
1. 實驗操作規范化是減少環境污染的重要保證。學生實驗要求學生的基本操作規范,藥品的取用、物質的稱量和加熱、玻璃儀器的洗滌等都應做到準確規范,操作熟練。但在教材中,大部分實驗的藥品用量都未給出具體要求,往往讓學生很難把握藥品的實際用量。教師應確定用量和濃度,這樣既方便施教,又方便操作,更容易讓學生接受,從而培養學生嚴謹的實驗態度和科學的實驗方法,同時節省藥品,減少環境污染。
2. 做微型實驗,節約資源,減少污染。微型化學是近年來提倡的一種新型實驗操作技術,它以盡可能少的試劑來獲取所需的化學信息,它具有現象明顯、效果良好、節省實驗材料和時間、污染少等優點。 在微型儀器裝置中進行實驗,其試劑用量是常規實驗的數十分之一至千分之一,排污量也大大降低,對師生健康有益。做微型實驗可以節約資源,減少污染。
3. 改進實驗方案及儀器裝置,發展綠色化學。化學實驗總是伴隨氣體、液體或固體產物的生成,這些生成物絕大多數是有毒或有害物質。實驗產生的有毒氣體直接影響實驗人員的身體健康,散發到空氣中會對大氣造成污染。所以,我們要在不影響實驗結果的前提下改進實驗方案及儀器裝置,盡量減少實驗產物對環境的污染。中學化學實驗進行環境保護改進的范例有很多,如實驗室制O2有三種方法,我引導學生從操作簡便、安全可靠、節能環保等角度考慮選擇H2O2和MnO2,因為這種方法具有節約能源,生成物無污染的優點。
三、在課外活動中加強學生的環保意識
關鍵詞:綠色化學;化學實驗;高中化學;化學實驗綠色化
文章編號:1005-6629(2007)11-0006-03中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:C
1 化學實驗綠色化的意義
“化學實驗綠色化”即化學實驗潔凈化,是將綠色化學的基本原理和理念應用于化學實驗中的一項技術,是對傳統化學實驗進行創新的結果。化學實驗綠色化的目的是改變“只要有化學實驗就會產生環境污染”的現狀,要求在滿足教學要求的前提下,使設計的化學實驗徹底避免或盡量減少使用和產生有害物質,從源頭上消除化學實驗對環境和師生健康的負面影響。為此,需要從綠色化學的角度研究化學實驗,盡量減少化學實驗對環境的污染。對于傳統化學實驗中那些對環境有所破壞的實驗,在保證教學要求的前提下,應盡可能地尋找新的對環境友好的實驗來代替;對于傳統化學實驗中對環境友好的實驗,則應該繼承。
2目前高中化學實驗中的黑色威脅
盡管教材編寫時已經注意減少對環境的污染,但是不少化學實驗還是會產生一些廢水、廢氣和廢渣。表1以上海科技出版社出版的教材為例,估算了高中各年級化學實驗污染物產生的數據:
表1 各年級有毒害性實驗數據估算
可以發現,有一半以上的實驗對環境存在污染。這些實驗產生的污染物的數量如何呢?表2匯總了高中三年化學實驗產生的各種污染物分析估算數量,對于一些毒害性輕微物質或難以確定的物質,在種類右上角標注“*”。
表2 各種污染物總量估算
這些數據只是根據教師在一個班級的演示實驗量,按照實驗要求計算得出的廢棄物數量,并且基本都假設反應進行完全,忽略副產物,沒有考慮學生實驗產生的廢棄物,所以只是最低量的估算。
全國數以萬計的高中化學實驗室幾乎每天都在排放著總量不可忽視的污染物,成了一個個小型污染源。中國的水資源約為世界人均水平的1/4,地下水污染問題已經十分嚴重。大部分學校的實驗廢液和部分廢渣通過下水道直接排放流入江河、水塘或者滲入地下,會加重水污染使缺水的狀況雪上加霜。其中的毒害廢物最終會進入生態系統,破壞環境,并且通過食物鏈傳遞、富集,影響人類自身的健康。而且,化學實驗所用的試劑品種多,排放的污染物成份復雜,處理起來比較麻煩。學生學到的化學知識也許會遺忘,但是化學實驗產生的污染卻會在很多年后仍損害我們生存的環境。
3 高中化學實驗綠色化的主要策略和措施
3.1盡量避免選擇和使用有毒害的反應物和反應助劑
例如,在制乙烯時用氧化鋁代替濃硫酸,可以有效地減少硫酸的污染。由于工業技術綠色化可以降低成本,提高利潤,所以它的發展更加迅速。在化工生產中不斷出現新的工藝方法和新型的催化劑,可以成為高中化學實驗綠色化的借鑒。應該注意把工業成果應用于實際教學,既加強理論與實際的結合,同時也使化學實驗更加綠色化。
在實驗中可以借助小試管、點滴板、多用滴管、井穴板等微型化的的儀器,控制學生滴加藥品的用量,減少藥品的使用。例如如果用小試管做乙烯的制取實驗,可以節約乙醇,減少濃硫酸的排放;利用液體在濾紙上用量少、擴散快、面積大的特點作三價鐵離子的檢驗等有明顯顏色變化的實驗;用黑色6穴點滴板做硫酸根離子、氯離子的檢驗實驗,減少藥品使用;在保證現象的前提下盡量降低反應溶液濃度;組合實驗,通過實驗的試紙化,減少反應物的使用及有害物的排放。
還可以采用替換其他反應物的方法來減少污染。對于一些會產生毒害物的實驗,我們可以通過改變另一反應物,或者使有毒害性的物質充分反應或被吸收,來達到既保證實驗效果又減少污染的目的。例如,在乙炔性質系列實驗中,若采用NaOH溶液作為反應物,就不會有硫化氫、磷化氫、砷化氫等氣體溢出。雖然改動很小,卻能夠使實驗綠色化。
3.2 制定控制使用的試劑目錄
對于不得不使用的、無法替代的有毒害物質,應該盡量控制使用。所謂“控制使用”包括:禁止使用;嚴格規定在什么情況下才能使用,并且限制用量,盡量不用;對使用后的剩余物質提出回收、處理要求,規定回收處理的方法。
應該控制使用的試劑(或物質)有:酸性腐蝕品:鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲酸、乙酸等;堿性腐蝕品:氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、堿石灰、氨水等;有和劇:四氯化碳、溴、苯酚、苯、甲苯等;有害品:五氧化二釩、硝酸汞、硫酸銅、醋酸鉛、溴、溴水、氯化鐵溶液等。對于這些物質,應該明確說明控制使用的原因及回收處理的要求和方法。這樣在使用藥品時就可以有意識地控制使用。例如,對于檢驗碘單質的實驗,應該用淀粉的顯色反應來檢驗,盡量不使用有毒的四氯化碳的萃取實驗來檢驗碘單質,減少環境污染。
3.3有毒害物質的零排放和后處理
對于會產生毒害物的實驗,應該在實驗方案中注明無害化排放和后處理方法,制訂適當的回收原則。對于難于處理的物質,可以采用集中處理的方法。例如對于苯的硝化實驗產生的硝基苯這類物質,各區或市教育局應該有專人負責統一回收利用,予以集中處理,或聯系廠家,作為原材料,不能把它們往垃圾堆、下水道一扔了之。
有些實驗的生成物只要經過簡單處理就可以作為其他實驗的反應物。為了物盡其用,可以設計實驗物質使用的“網絡”,充分利用實驗藥品,減少廢物排放,降低實驗成本。
有的實驗只要稍做改進就可以做到回收試劑。例如萃取實驗后用較濃的NaOH溶液進行洗滌、分液,最后又重新得到的四氯化碳;鐵和硫反應生成硫化亞鐵,可以作為制取硫化氫氣體的原料;做催化劑用的二氧化錳可以回收為制氯氣的原料;在電解質和非電解質的實驗中,所用的固體可以用來做其他的定性實驗,蔗糖可以做濃硫酸脫水實驗的原料,硝酸鉀固體可以做焰色反應;做溶液的導電性實驗所剩的藥品,可用于一些簡單的定性實驗。還有結晶和重結晶后實驗剩余的硫酸銅溶液,測苯酚溶解性實驗剩余的苯酚等等,都不能為了方便而一倒了之。回收一些實驗后仍然較純的藥品,既節約經費,又利于環保。
3.4實驗儀器和實驗裝置的選擇、改進、設計和使用
(1)合并實驗裝置減少環境污染
把氣體的發生裝置與氣體和其他物質的反應裝置合并起來,可以減少氣體的外溢,有效地減少環境污染。例如二氧化硫和硫化氫氣體反應的實驗裝置改進。二氧化硫和硫化氫兩種氣體制取方法都是用固體與液體反應,反應都不需要加熱,而且反應物都用到鹽酸。由于兩種氣體都是有毒害的氣體,所以反應中應該盡量做到不泄漏氣體。如果按照傳統方法先分別制取二氧化硫和硫化氫,然后混合二氧化硫和硫化氫,必然造成氣體的泄漏。為減少氣體的泄漏污染,用一個小的空塑料礦泉水瓶,在其中放入小試管,塑料瓶、小試管中分別裝入Na2SO3和FeS,然后迅速在其中分別加入鹽酸,在塞橡皮塞前,擠壓塑料瓶,排出部分空氣,使瓶子癟掉,然后再塞橡皮塞。我們可以看到,開始產生的H2S和SO2氣體使塑料瓶鼓起來,然后隨著反應的進行又癟下去。最后在其中加入氫氧化鈉,吸收過量氣體或者中和未反應的鹽酸。
只要不拘泥于書本中現成的實驗方案,在實驗中多動腦子,尋找規律,不斷創新,大膽探索,同時注意收集利用別人的好經驗,很多會產生毒害性物質的實驗也能變成綠色化的實驗。
(2)利用循環裝置實現封閉化
對于有毒有害氣體的制備,可以采用串聯實驗裝置,循環封閉化實驗的方法,既可以由單人進行連續操作,又能夠減少有毒害性氣體的泄漏。
(3)利用某些簡單器具改進實驗
利用膠頭滴管、注射器和使實驗試紙化,既能使反應在密閉體系內進行,又能減少實驗的藥品消耗和實驗次數,節約實驗時間。很多會產生毒害物質的實驗都可以參考這種設計思路進行設計。例如銅與稀硝酸反應演示實驗:取一只無色磨口滴瓶,將一根細銅絲插人膠頭滴管中,用膠頭滴管吸滿稀硝酸(6mol/L), 這時可觀察到膠頭滴管中的稀硝酸和銅絲開始反應。將膠頭滴管迅速插入滴瓶中,銅絲表面有氣泡產生,溶液開始變藍色,且滴管中的液體滴入滴瓶內,滴管內液面逐漸下降,液面上氣體為無色。當滴管內液體排空后,滴管內迅速出現紅棕色氣體。與此類似,很多實驗都可以采用這種改進方法。
3.5 防害、消害裝置與設備的選擇、改進、設計和使用
作實驗時首先要對毒物的性質、中毒的機理進行了解,制定有效的防毒害措施。在化學實驗中要嚴格按規章制度進行操作,例如保持室內通風、配戴相應的防護用品、無限稀釋排放有毒物品等。為此,實驗室中應該配備基本的防害、消害裝置與設備。
在通用教室中作隨堂化學實驗的情況越來越多,而通用教室中一般沒有防害、消害裝置。因此,根據高中化學實驗的特點和通用教室的布局特點,設計、配備活動式通風裝置是很必要的。由于通風櫥體積大、占地方,平時實驗時不可能移去,所以一般實驗室配備較少,學生實驗時只能靠排風扇和窗戶通風。折疊式移動通風裝置在不使用時占據的體積小,移動和使用都比較方便,可以防止有毒害物質對師生的危害。為了防止有毒害物質的轉移,還可以在通風櫥的排風口設計專門的過濾吸收裝置,統一處理溢出的有毒害的物質。
化學實驗綠色化會給學生帶來終身的影響,環境質量與學生及其家人的生活息息相關,只有教師、實驗員、學生、學校、社會共同努力,才能夠早日真正實現化學實驗的綠色化。
中學化學實驗是一個系統,學生、教師、實驗、教學內容及其載體,以及實驗儀器、試劑、設備等要素共同組成了化學實驗教學系統。要解決好高中化學實驗綠色化問題,需要從化學實驗系統和化學實驗教學系統的各個要素出發,從各要素的相互聯系、相互作用出發,系統地進行研究、設計和實施,即需要在系統觀點指導下,用系統工程方法來解決。
參考文獻:
[1]李金主編.有害物質及其檢測[M].北京:中國石化出版社,2002.
關鍵詞:超短時回餾;CODcr;方法探討;應用研究
中圖分類號:X703 文獻標識碼:A 文章編號:1006-8937(2013)06-0173-02
在自然界的循環中,還原性物質,特別是有機化合物在生物降解過程中消耗水中溶解氧(Dissolved Oxygen,簡稱DO)而造成氧的消失,溶解氧的缺失會破壞環境和生物群落的平衡并帶來不良影響,從而引起水體惡化。
化學需氧量是指水體中易被強氧化劑氧化的還原性物質所消耗的氧化劑的量,結果折算成氧的量(以mg/L計),它是表征水體中的還原性物質的綜合性指標,如何快捷、簡便的測定水中的CODcr,是及時指導污水處理運行、檢驗污水處理效果的重要手段,通常可作為衡量水體中有機物的相對含量,它的作用與醫生以提問判斷人的一般健康狀態有些相似,對于河流和工業廢水的研究及污水處理廠的效果評價來說,它是一個重要并且易得的工藝參數,在污水處理運行當中起著必不可少的重要作用。
1 安陽市制藥廠污水特征及現狀
安陽市點源廢水年排放總量為18 946.44萬t,年排COD 54 517.09 t、NH3-N 2 978.68 t,其中工業企業256家,年排廢水13 557.06萬t,年排COD 41 602.02 t。全市可以入河的城市生活污水年排放量為5 389.37萬t,年排COD 12 915.07噸。256家重點企業中有35家企業廢水全部地滲,不對水環境功能區產生影響:這部分企業年排廢水853.01萬t,占工業源調查總量的6.29%,年排COD 988.08 t,占工業源調查總量的2.38%。結合安陽市具體情況,安陽市非點源入河系數取0.01,根據河流流域面積和功能區長度,把非點源污染物進行對照分配。其中,安陽市制藥企業由于長期在省內具有一定優勢,發展迅速,有一些小型企業趁勢而上,逐步用較為簡陋的技術處理手段占領了一部分市場,他們加重了污水中CODcr占有的總量,造成了比較難解的影響,及時對他們污水中CODcr的檢測與處理,對我市改善水環境有著極其重要的作用。本次以其中某廠為例,論述超短時回餾法測定水中CODcr在制藥廠污水處理監測中的應用。
2 某制藥廠污水處理工藝概況
該廠目前主要生產經霉歌素K鹽,另外生產慶大霉素等抗生素類藥物,所排放的生產廢水具有污染嚴重、日排放水量大、直接排放污染分環境且簡單處理難以達到環保要求等特點。
某制藥廠污水處理采用的處理工藝為:
①集水池。集水池容積約為400 m3。
②預沉池。預沉池容積約為300 m3,采用高分子絮凝劑進行預沉降,去除廢水中較大顆粒和懸浮物,停留時間約5~6 h。
③水解池。水解池容積約為400 m3,主要作用是使高濃度有機廢水先行發生水解反應,使水中CODcr得到初步降解,停留時間為35~40 h。
④厭氧池。厭氧池容積約600 m3,由水解池泵入的廢水進入厭氧池進行厭氧消化,廢水的污染程度在此反應器內得到很大程序的降解,停留時間約40 h。
⑤中間調節池。中間調節池容積約300 m3,它的作用是調節由厭氧而來的廢水CODcr,使得廢水更適宜于下一處理單元的處理工藝。
⑥好氧池。好氧池容積為單個150 m3,共6個,總900 m3,停留時間為12 h。
3 工藝流程
根據工程特點,本工程的工藝流程簡圖如圖1所示。
4 實驗方案設計
本實驗方案根據該污水處理工藝的特點合理設置水樣采樣點。在設計方案前已經做了大量的分析實驗,了解該廢水在每個處理工序單元中的污染程度,其中在水解池前,其CODcr一般維持在13 000~18 000 mg/L之間,在厭氧池前,其CODcr一般在1 500~1 800 mg/L之間,在氧化池后CODcr一般在120~200 mg/L之間,根據廢水的CODcr的特點,結合目前我國關于污水CODcr的監測、檢驗標準,制定了本實驗的方法,并通過大量實驗,總結出了一定的規律,對于節能、短時、簡單、準確等各方面做了詳細的分析,如果應用于廠礦企事業單位的污水處理的檢驗、監測都會有不小的幫助。
根據文章實際的數據,對本實驗過程進行了一系列的研究和計算。
在行業標準中規定的CODcr檢測方法中,其方法原理利用了重鉻酸鉀的強氧化性來氧化被污染的水中的還原性物質,再以硫酸亞鐵銨定量滴定反應后剩余重鉻酸鉀的量,以反應中消耗的重鉻酸鉀的剩余量來指示水中的CODcr的指標,在這個反應中,反應時間和反應速率是很關鍵的,所以考慮添加了硫酸銀來催化反應時間,以此來盡量縮短CODcr的分析時間,盡管這樣當反應兩小時后,仍不可能100%反應完全,這當然不僅僅是氧化速度的問題,其中主要存在的一個問題是被氧化的還原性物質是不是在分析控制的條件下就能得到還原或是部分還原,多長時間能被還原多少,或者說被還原的比例有多少?這個問題有些復雜,因為本身水中的污染物是不一定的,那么,既然污染物不一定,則它的被氧化性就不可能是一致的,因此,對于混合型污水的分析在反應時間上下一個被還原的定論是不現實的,為此,本實驗只針對一類被污染的廢水來做這個實驗,應該是現實的。
本實驗針對我市某制藥廠生產紅霉素鉀鹽的生產廢水的污水處理過程,在各個不同的采樣點上,定時、定量采樣,安排定人、定時分析,采取行業標準分析方法和超短時回餾分析方法同時進行的辦法,堅持檢驗了一個月的時間,得到了一些規律,總結如下:
通過上文的分析,我們不難看到,短時分析法比行業標準法得出的數據明顯要低,但是總的來說是普遍低一個水平,分析其原因,主要是因為廢水中還原性物質被氧化的時間和反應條件所決定的,在相同的反應條件下,縮短回餾時間,就會得出結果偏低的結論,適當的提高回餾溫度(即反應劇烈),即使是反應的時間較短,仍能得出接近真實結果的數據,不難得出這樣的結論;增加回餾時間、提高回餾溫度,都會得出接近真實結果的數據,通過大量的實驗,可以總結出在相同反應條件下,廢水水質成分相對接近的樣品,在做過超短時回餾和標準回餾的對比后,可以得出一個系數,在實際的生產指導性分析中,完全可以采用超短時回餾法來對CODcr進行規范的分析,在得出超短時回餾法的結論后,乘以通過實驗得出的那個系數,就能準確的表達水樣的CODcr值了。
5 結 語
通過超短時回餾法跟標準回餾法對同一類穩定的工業廢水進行比較,得出一個參考系數,為了便于操作,適應工作的實際需要,在熟悉標準回餾法的基礎上,完全可以采用超短時回餾法來分析水樣的CODcr值,乘以相關系數,就能準確描述水樣的CODcr真值。
參考文獻:
綠色化實驗的設計
高中化學實驗大部分是常量反應,所以要減少反應物的用量,同時要循環利用反應物。選擇合適的實驗條件,減少副產品的產生。制成的產品最好是對環境友好的無污染的。1.實驗裝置綠色化的改進教師在教學的過程中,除了向學生傳授必需的知識和一定的操作技能外,還應該引導學生對污染環境的實驗或存在問題的實驗進行裝置的改造,使其成為綠色化的實驗,同時也培養了學生綠色化學的意識和能力。像高中課本中蔗糖和濃硫酸的反應,在大燒杯中加入一定量的蔗糖,然后加入幾滴水,用玻璃棒攪拌均勻。然后加入質量分數為98%的濃硫酸,用玻璃棒迅速攪拌,發生反應,觀察實驗現象。在反應的過程中,會有大量具有刺激性氣味的氣體———二氧化硫產生,除了污染空氣外,由于該氣體的刺激性,使人咳嗽不止,有時候會使授課無法進行下去。如何改進實驗裝置才不會污染空氣,同時還能有明顯的實驗現象,具有說服力。教師可以把這個問題留給學生,讓學生做探索性的實驗,不僅可以培養學生的創新思維和綠色化的理念,還可以改進實驗裝置。可以讓學生在開放實驗中進行實驗探究,對學生提出的改進方案進行實驗驗證,通過分析得出最可行的方案。最后改進的實驗方案是:在一個大水槽中放入一塊大理石,水面要稍低于大理石,然后將反應裝置置于大理石上,在反應裝置上罩一個大燒杯,罩住反應裝置和大理石。由于有刺激性氣味的二氧化硫氣體溶于水,采用這樣的改進裝置,實驗產生的氣體會全部罩在大燒杯中,會全部被水吸收,不會排到空氣中,不會污染環境。根據綠色化學理念,我們對化學實驗進行改進,使其在封閉的裝置中反應。用密封的裝置進行反應,這樣就避免了有害氣體的排放。而且還可以循環利用密封體系中產生的一切物質。2.實驗內容綠色化的改進在高中化學教學中滲透綠色化的思想也是我國可持續發展戰略的重要體現。實驗部分除了是高中化學教學中重要的組成部分之外,還是滲透綠色化思想最有效、最方便的途徑。目前,高中化學實驗中有不少實驗已經滲透了綠色化的思想,做出了一定的改進方案,但還有一些有待于學生和教師努力。作為高中的教師,除了向學生傳授知識之外,還應該做一些學術研究,比如改進實驗裝置等。其實防止污染最有效最方便的方法是不產生污染物。既然高中化學中大部分的實驗是驗證性的實驗,那么可以在不影響實驗現象的前提下,采用一些不產生污染的反應物。像在驗證電解質導電能力的實驗中,往往會使用一些酸和堿,比如氯化鈉的電解反應中,會產生有害氣體氯氣,可以用硫酸鈉代替氯化鈉,可以有效地避免污染的產生。3.妥善處理化學實驗的廢棄物保護環境應該從教室和實驗室做起,從學生自身做起。在演示實驗和學生實驗中,都存在廢氣和廢物等問題。對這些問題的處理都滲透綠色化學的理念。固體廢棄物的處理中學化學實驗中固體廢棄物的處理一般都比較簡單,可以回收的大部分都直接回收,不能回收的進行填埋。對于已經損壞的儀器,應盡可能地修復,繼續使用,不能修復時要集中填埋。廢液、廢棄物的處理廢液的處理比較麻煩,中學試驗中會造成環境污染的廢液一般是酸堿溶液、重金屬鹽溶液、鈣鎂鹽溶液以及有機溶液等。有以下幾種處理方法:酸堿中和法、氧化還原法、沉淀法、稀釋法等。
綠色化學實驗方案
加強排污設備的建設,規范有害物質處理。綠色化學不是一門獨立的學科,它是在傳統化學的基礎上發展起來的一門更高層次的學科。綠色化學的提出,是響應了我國保護環境的政策。所以,作為高中化學教師,應該在授課的過程中滲透綠色化學的理念,作為中學化學一線教師,應在中學化學實驗教學中滲透綠色化學理念,將綠色化學的知識、思想和原則滲透到化學試驗中。讓學生樹立綠色化學和保護環境的意識,關注綠色化學,推動綠色化事業的發展。
作者:殷玲玲 單位:江蘇省連云港市贛榆縣贛馬高級中學
在開展綠色化學教育時,必須要保證化學教學中能夠將綠色化學的內容全面體現出來,防止環境污染,減少化學污染物,提高化學品安全性等內容進行講解。教師在樹立保護環境和可持續發展理念后,教師可以相應的利用化學課程中一些知識進行綠色化學的開展,從而提高學生的綠色化學思想意識,加強學生的社會責任感。
2.合理使用化學教材,有效開展綠色化學教育
普通化學教材在很大程度上不適應綠色化學教育的開展,因此,需要對化學教材進行適當的改革,可以在教材中相應的添加一些綠色化學的理論知識,國內外對綠色化學的研究內容和成果,同時可以相應的利用一些先進的案例。同時,教師也要對教材內容進行隨時的完善和更新,從而保證化學教材內容具備先進性和準確性。
3.在化學理論課堂上有效的添加生活案例,以此促進綠色化學教育
在化學理論課堂上,要將教師的教學思維和方式進行有效的改善,要有效的拓寬自身的綠色化學知識視野,不斷的閱讀國內外相關的資料和書籍,樹立綠色環保思想意識。同時在教學時,要有效的添加一些具體的生活案例,以此提高學生保護環境的思想意識。在綠色化學教育時,可以適當的添加一些生活案例,比如講解添加洛杉磯光化學煙霧事件,將化學因素所帶來的污染進行全面的分析,并對光化學煙霧產生的過程進行分析,同時在此基礎上找出預防和消除光化學煙霧的相關措施方法。
1粉煤灰對廢水中揮發酚的吸附特性實驗
1.1主要材料和儀器
(1)材料
粉煤灰:取自巨森公司廠內燃煤鍋爐,用24目篩網篩選后,放入恒溫干燥箱在120℃下干燥至恒重。含酚廢水:取自竹漿蒸煮工段噴放時的污冷凝水,取水位置為蒸煮工段污冷凝水排放口,pH值8.4~8.9,揮發酚為2.0~3.1mg/L,CODCr1000~1400mg/L。
(2)儀器
722N型分光光度計,上海精密科學儀器有限公司;PHS-2F型pH計,上海精密科學儀器有限公司;GDYS-20恒溫消解器,長春吉大小天鵝儀器有限公司;電熱恒溫水浴器,天津市泰斯特儀器有限公司;電子調溫電爐,天津市泰斯特儀器有限公司;DHG-9071A型,電熱恒溫干燥箱,上海精宏實驗設備有限公司;FA2104N型電子天平,上海民橋精密科學儀器有限公司。
1.2實驗方法
取排放口污冷凝水為實驗水樣,在室溫25℃下測定水樣的揮發酚濃度c0,同時取一定體積(V0)的水樣,加入一定質量(m)的粉煤灰,常溫攪拌一定時間后過濾,濾液體積為V,然后采用GB7494—1987水質揮發酚的測定蒸餾后4-氨基安替比林萃取分光光度法測定濾液中剩余揮發酚的吸光度。根據標準曲線(見圖1)計算濾液中揮發酚的剩余質量濃度c。用測定的c0、c、V0、V計算粉煤灰對揮發酚的吸附率,也即揮發酚的去除率(%):
1.3吸附特性結果與分析
1.3.1粉煤灰用量對吸附效果的影響
在室溫25℃條件下,向7個各裝有50mL含酚廢水的燒杯中(水樣揮發酚濃度為3.01mg/L)分別加入不同用量的粉煤灰,吸附30min后,觀察不同用量的粉煤灰對揮發酚吸附效果的影響,結果如圖2所示。由圖2可以看出,隨著粉煤灰用量的增加,揮發酚的去除效果明顯,當粉煤灰用量由1g/50mL增加到4g/50mL,揮發酚的去除率由60.4%增加到90.1%,粉煤灰用量從4g/50mL增加到5g/50mL,揮發酚的去除率由90.1%增加到90.3%,增加幅度不大。實際應用中,單位體積廢水的粉煤灰用量受鍋爐粉煤灰的產量影響,根據企業每日鍋爐灰渣產量及沖灰水用量,擬定在工業化應用中粉煤灰的有效用量為2.5g/50mL,即為50kg/m3。
1.3.2吸附時間對吸附效果的影響
在室溫25℃條件下,向8個各裝有50mL含酚廢水的燒杯中(水樣揮發酚濃度為3.01mg/L)分別加入2.5g的粉煤灰,分別吸附5、10、15、20、30、40、50、60min,觀察不同吸附時間對揮發酚吸附效果的影響,結果如圖3所示。由圖3可以看出,隨著吸附時間的延長,揮發酚的吸附效果得到提高,當吸附時間為20min,揮發酚的去除率達到79.6%,吸附時間為40min時,揮發酚的去除率為82.9%,吸附時間為50~60min時,揮發酚的去除率為83.3%。結果表明,粉煤灰對揮發酚的吸附效果會隨反應時間的增加而增加,吸附飽和時間為60min。在室溫25℃、揮發酚濃度3.01mg/L,吸附時間60min的實驗條件下,粉煤灰對揮發酚的吸附容量約為50mg/kg。在工業化應用中,粉煤灰與揮發酚的接觸時間決定于沖灰水與鍋爐煙氣的接觸時間和沖灰后水沉淀時間,總的接觸時間約為2h,超過了飽和吸附時間。在實驗室特性實驗中,綜合考慮,將粉煤灰的吸附時間暫定為40min。
1.3.3pH值對吸附效果的影響
工業化應用中,沖灰后水樣的pH值波動范圍為6~10。在室溫25℃條件下,向5個各裝有50mL含酚廢水的燒杯中(水樣揮發酚濃度為3.01mg/L)分別加入2.5g的粉煤灰,并分別加入不同量的HCl和NaOH調節pH值,吸附40min,觀察不同pH值條件下粉煤灰對揮發酚吸附效果的影響,結果如圖4所示。由圖4可以看出,當pH值≤10時,pH值對揮發酚的去除效果無明顯影響,當pH值>10時,pH值的增大不利于揮發酚的去除,結果表明,在酸性條件下或弱堿性條件下,粉煤灰吸附揮發酚都可以取得比較好的效果,弱堿性條件下的效果略好于酸性條件。故在工業化應用中,廢水pH值范圍在6~10時,是較為理想的粉煤灰吸附揮發酚的范圍。
1.3.4溫度對吸附效果的影響
工業化應用中,含酚廢水用作沖灰后的廢水溫度波動范圍在30~65℃之間。在室溫25℃條件下,向4個燒杯中分別加入50mL揮發酚濃度為3.01mg/L的含酚廢水,用恒溫水浴鍋調節至不同溫度,再分別加入2.5g粉煤灰,吸附時間為40min,觀察不同溫度對揮發酚吸附效果的影響,結果如圖5所示。對揮發酚的吸附效果好于在30~65℃下的吸附效果。當溫度在63℃以上時,粉煤灰吸附揮發酚的效果比45℃時高。由于揮發酚的沸點都在150℃以上,實際生產中沖灰水與煙氣接觸后溫度在100℃以下,故水溫適當升高不會導致揮發酚揮發,不會影響吸附效果的測定。
1.3.5揮發酚初始質量濃度對吸附效果的影響
在25℃條件下,配制6種不同揮發酚濃度的水樣,測定各自的初始質量濃度,向6種廢水中分別加入2.5g粉煤灰,吸附時間為40min,觀察不同揮發酚初始質量濃度對吸附效果的影響,結果如圖6所示。由圖6可以看出,當揮發酚初始濃度高于4mg/L時,粉煤灰對揮發酚的吸附效果減弱,初始濃度在1~3.5mg/L時,吸附率相對較高。工業化應用試驗中,含酚廢水初始濃度范圍在2.5~3.5mg/L,為較理想的范圍,適合用粉煤灰對揮發酚進行吸附。
1.3.6工業化應用模擬實驗
實際應用中,污冷凝水產生的沖灰后水溫度在30~65℃之間變化,pH值范圍為6~10,揮發酚濃度在2.5~3.5mg/L之間,燃煤鍋爐的粉煤灰產生量在24~62kg/m3之間波動,吸附時間為2h。根據以上條件,進行了兩個模擬實驗,以確定在工業應用中粉煤灰對揮發酚去除率的變動范圍。(1)模擬實驗一:溫度63℃,pH值5.5,揮發酚濃度3.01mg/L,粉煤灰用量1.2g/50mL,吸附時間60min,過濾后取濾液測定溶液的體積和揮發酚濃度。實驗結果表明,吸附后揮發酚濃度為0.963mg/L,去除率約為67.9%。(2)模擬實驗二:溫度25℃,pH值9.5,揮發酚濃度3.01mg/L,粉煤灰用量3.1g/50mL,吸附時間60min,過濾后取濾液測定溶液的體積和揮發酚濃度。實驗結果表明,吸附后揮發酚濃度為0.422mg/L,去除率約為86.0%。通過模擬實驗進行估算,在實際工業應用中,粉煤灰對揮發酚的實際去除率在65%~90%之間,即對污冷凝水中的揮發酚可以進行有效去除。
2工業化應用試驗
2.1試驗地點及試驗方案
本次工業化應用試驗在四川瀘州巨森紙業有限公司,該公司年生產竹漿5萬t。試驗方案為:粉煤灰來源為燃煤鍋爐工作時直接產生的鍋爐灰,沖灰水由污冷凝水(約30m3/h)和中段廢水(約120m3/h)組成,代替原有循環用水(約120m3/h)和補充水(約30m3/h)。將污冷凝水和中段廢水(共約150m3/h)經過混合用于沖灰,接觸設施為水膜除塵系統,沖灰后水仍通過原有鍋爐灰水循環設施處理,處理后的水用水泵抽回到中段廢水的收集池。巨森公司將本次工業化應用試驗每日產生的粉煤灰作為制磚原料運送至瀘州某建材有限公司,用于磚廠生產頁巖磚。粉煤灰中吸附的揮發酚在磚廠經高溫焙燒(800℃~1000℃),轉化為二氧化碳和水,達到無害化處置。試驗流程如圖7所示。
2.2數據監測
自2007年6—9月,連續、間接對沖灰水排水口的排水進行了跟蹤監測,平均每月檢測3次,間隔為10天,連續4個月,監測點位置見表6。監測指標為:CODCr、pH值、懸浮物及揮發酚。經連續檢測,混合沖洗水中常規監測指標CODCr、SS、pH值及揮發酚的監測數據及去除率見表7。污冷凝水及造紙中段廢水組成的混合沖灰水對鍋爐煙氣的處理效果見表8。
2.3試驗結果及分析
從實際應用的數據中發現,利用粉煤灰對污冷凝水進行預處理能有效地去除污冷凝水中的污染物。實際應用中,沖灰后水的溫度范圍在30~65℃,污冷凝水中揮發酚濃度為2.5~3.5mg/L,鍋爐粉煤灰產生量為5t/h,吸附時間為2h。在上述條件下,污冷凝水的pH值由平均9.8下降到了8.6,CODCr去除率達到75.8%,SS去除率達到27.9%,揮發酚去除率達到76.5%;污冷凝水經粉煤灰預處理后進入生化處理系統進一步處理,可使廢水中揮發酚含量達到GB-8978—1996污水綜合排放標準的一級標準。該方案解決了巨森紙業長久以來廢水中揮發酚含量過高的問題,也為竹漿制漿造紙廠去除廢水中的揮發酚提供了參考。同時,將污冷凝水作為鍋爐除塵用水,效果良好,1臺35t/h鍋爐和2臺10t/h鍋爐的煙塵去除率達到95%以上,SO2去除率達到80%以上,都能達到GB13271—2001二類Ⅱ時段規定的排放限值,基本滿足燃煤煙氣達標排放的要求。
2.4存在問題
該系統連續穩定運行了2年6個月,出現的主要問題如下:(1)水膜除塵器的噴頭堵塞問題。由于廢水呈弱堿性,煙塵中的SO2和粉塵在與水膜接觸過程中,與廢水中的堿性物質迅速反應,易生成結晶沉積物質,運行時間久了以后,噴頭處容易結垢,造成堵塞,需及時清理。(2)除塵系統的穩定性。由于用作沖灰水的污冷凝水水質有波動,對煙塵的處理效果也會造成影響,要保證煙塵中SO2和粉塵排放量達到國家標準,沖灰水的水質需要保證在一定范圍內。(3)粉煤灰量不足。經過計算,該廠1臺35t/h鍋爐和2臺10t/h鍋爐平均每小時產粉煤灰量約為5t/h,按揮發酚去除率達到82%,其適宜投加量50kg/m3來計算,處理的含酚廢水量僅為100m3/h,但是由于鍋爐產生的粉煤灰量由其燃煤用量決定,燃煤用量受到生產要求的影響,單位時間內產生的粉煤灰量會發生變動,不能穩定保證足夠的粉煤灰來吸附廢水中的揮發酚。制漿造紙企業通過對物料、水、汽平衡優化,可解決此問題。由于處理了制漿造紙廢水后的粉煤灰吸附了一定量的揮發酚,為了避免造成二次污染,必須對其進行安全處置。粉煤灰處理揮發酚有物理吸附和化學吸附兩種類型,對吸附物的解吸需在水中及強酸或強堿條件下才能發生,在自然堆放不接觸水體的情況下,性能穩定,解吸率極低。通過高溫制磚的形式可以將其無害化處置。
2.5投資成本
整個工業化應用試驗投資僅包括水池改建和管道改造,并利用了原鍋爐水膜除塵系統的循環水設施,投資約為60萬元,投資額小。若造紙廠修建單獨處理含酚廢水的設施,其投資將達到300萬元以上。