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高含硫废水受控氧化及单质硫的形成特性研究

【摘要】:含硫废水不仅会对设备造成腐蚀,还会对水处理工艺系统造成影响,同时逸出的H2S还会对人体造成伤害。而针对高浓度的含硫废水,更是需要找到一种有效的处理方法,在减轻污染的同时实现污染物质的资源化回收利用。论文以模拟的含硫废水为研究对象,以S2-的去除率和单质硫的收率为指标,对Na2S2O5、Na2SO3和H2O2的脱硫效果进行评价,筛选出最佳氧化剂,考察了硫化物氧化动力学的影响因素,并在此基础上采用响应曲面法对其氧化反应条件进行优化。在最佳氧化剂的优化条件下,采用改变氧化剂的投加方式、控制反应体系的氧化还原电位(ORP)和反应分离耦合等手段强化单质硫的转化。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和粒度分析仪对体系中固相产物的结构、形态特征进行了表征。结果表明: (1)在Na2S2O5投加量为9g/L,初始pH值为6,反应时间为30min的最佳条件下,S2-的去除率和单质硫的收率分别为95.16%和42.32%。在Na2SO3投加量为5g/L,初始pH值为5,反应时间为20min的最佳条件下,S2-的去除率和单质硫的收率分别为78.71%和26.68%。在H2O2投加量为10mL/L,初始pH值为6,反应时间为14min的最佳条件下,S2-的去除率和单质硫的收率分别为95.68%和60.78%。H2O2是脱硫效果最好的氧化剂。H2O2氧化硫化物遵循表观二级反应动力学,表观反应速率常数为K=1.0669L.g-1.min-1。其反应速率常数受H2O2的投加量、反应温度和反应初始pH的影响。氧化剂投加量增加,反应速率常数增大;温度升高,反应速率常数增大;初始pH增大,反应速率常数减小。 (2)采用响应曲面法对H2O2氧化含硫废水的反应条件进行优化,优化后的反应条件为:初始pH为6.5,投加量为9mL/L,反应时间为15min。此条件下得出的单质硫的收率为65.85%,相对于优化前提高了5.07%。 (3)在H202氧化含硫废水的过程中,相对于一次性投加,H2O2的分次投加使单质硫的收率降低了8.25~26.05%,与预期的效果相反;采用反应分离耦合的方式强化单质硫的转化,在分离因数为1082的条件下,单质硫的收率达到了74.98%,相对于未强化前提高了9.13%;控制体系中的ORP值强化单质硫的转化具有最好的效果,当ORP值控制在(30±5)mV时,单质硫的收率达到了76.35%,相对于未控制前提高了10.50%。 (4)XRD分析表明,H2O2氧化含硫废水所得的固相产物为室温下结构稳定的S8。SEM及粒度分析仪对液相中的单质硫进行分析表明,体系中的单质硫颗粒逐渐增大,由纳米硫颗粒组成的层状逐渐变成团聚卷积在一起的微米级颗粒状;增大的机理为晶体的生长和纳米颗粒的团聚,并由此推断单质硫的S8结构的形成机制是以Sx2-为中间产物。

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