摘要：活性污泥法具有成本高，效率低，不易控制等缺陷，我們研究一種利用廉價(jià)的硼泥處理生活污水的途徑。我們先對(duì)硼泥進(jìn)行改性，然后通過催化消解試驗(yàn)來研究硼泥對(duì)污水中COD的處理效果。
　　關(guān)鍵詞：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.實(shí)驗(yàn)方法
　　1.1實(shí)驗(yàn)儀器
　　磁力攪拌機(jī)
　　離心機(jī)
　　XJ-I型COD消解裝置
　　帶蓋密封消化管
　　移液管1mL、3mL、5mL、10mL
　　25mL滴定管
　　150mL錐形瓶
　　20mL量筒
　　1.2實(shí)驗(yàn)試劑
　　1.2.1重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液（1/6K2Cr2O7=0.0500mol/L）：稱取經(jīng)120℃烘干2h的基準(zhǔn)或優(yōu)級(jí)純重鉻酸鉀2.4516g，用少量水溶解，移入1000mL容量瓶中，稀釋至標(biāo)線，搖勻，供標(biāo)定硫酸亞鐵銨溶液用。
　　1.2.2試亞鐵靈指示劑：稱取1.485g鄰菲羅啉（C12H8N2•H2O）和0.695g硫酸亞鐵（FeSO4•7H2O）溶于水中，稀釋至100mL，儲(chǔ)于棕色瓶中。
　　1.2.3硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液[（NH4）2Fe(SO4)2•6H2O≈0.05mol/L]：稱取19.76g分析純硫酸亞鐵銨溶于水中，邊攪拌邊加入20mL濃硫酸，冷卻后移入1000mL容量瓶中，加水稀釋至標(biāo)線，搖勻，臨用前用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定。
　　另外稱取9.88g，3.95g硫酸亞鐵銨（加入硫酸量相同）按上述方法分別配制成0.025mol/L、0.01mol/L的硫酸亞鐵銨溶液。
　　標(biāo)定方法：準(zhǔn)確吸取10.00mL重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液于250mL錐形瓶中，加水稀釋至55mL左右，緩慢加入15mL硫酸，混勻，冷卻后，加入2-3滴試亞鐵靈指示劑，用硫酸亞鐵銨溶液滴定，溶液的顏色由黃色經(jīng)藍(lán)綠色至紅褐色即為終點(diǎn)。
　　C[（NH4）2Fe(SO4)2•6H2O]=0.05×10/V
　　式中：C——硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol/L）
　　V——硫酸亞鐵銨滴定溶液的用量（mL）
　　1.2.4消化液Ⅰ：稱取19.6g重鉻酸鉀，50.0g硫酸鋁鉀，10.0g鉬酸銨，溶解于500mL水中，加入200mL濃硫酸，冷卻后，轉(zhuǎn)移至1000mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線。該溶液重鉻酸鉀的濃度為0.4mol/L（C=1/6K2Cr2O7）用于測(cè)定COD濃度在1000-2500mg/L水樣（含2500mg/L以上需要稀釋的水樣）
　　1.2.5消化液Ⅱ：稱取5g重鉻酸鉀,（硫酸鋁鉀，鉬酸銨同消化液Ⅰ），按上述方法配制，重鉻酸鉀的濃度為0.2mol/L，用于測(cè)定COD濃度在500-1000mg/L的水樣。
　　1.2.6消化液Ⅲ：稱取2.45g重鉻酸鉀,（硫酸鋁鉀，鉬酸銨同消化液Ⅰ），按上述方法配制，重鉻酸鉀的濃度為0.05mol/L，用于測(cè)定COD濃度在50mg/L以下的水樣。
　　1.2.7催化劑B：稱取8.8g分析純硫酸銀溶解于1L濃硫酸中。
　　1.2.8掩蔽劑C：稱取30.0g分析純硫酸汞溶解于100mL10%的硫酸中。
　　1.2.910%硫酸：取50mL蒸餾水，緩慢加入10mL濃硫酸，冷卻后定容至100mL。
　　#所用試劑均采用基準(zhǔn)或分析純。
　　1.3測(cè)試步驟
　　1.3.1對(duì)硼泥進(jìn)行改性參數(shù)的測(cè)定
　　把硼泥與酸按1：5（如10g硼泥和50mL硫酸）混合，酸中氫離子濃度為1當(dāng)量，水浴分別加熱至40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃，以30轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌3小時(shí)。剛混合反應(yīng)時(shí)，溶液會(huì)放出大量氣體，溶液體積迅速膨脹。這主要是因?yàn)闅潆x子被硼泥中所含金屬還原，產(chǎn)生大量氫氣，使溶液的體積膨脹。反應(yīng)結(jié)束后，測(cè)試、記錄上清液的pH值。
　　1.3.2測(cè)定改性硼泥對(duì)生活污水COD的處理效果
　　實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作
　　（1）提前30min接通消解裝置的電源。
　　（2）檢查每個(gè)消煮管是否干凈或破裂紋現(xiàn)象，如有破裂紋不能再使用；瓶蓋里面的墊片是否有水珠，如有水珠，應(yīng)把墊片取出，放入80℃左右的加熱恒溫烘箱中烘干再使用。
　　（3）估計(jì)大約的COD值，水樣取回后，應(yīng)首先根據(jù)水樣的來源、水樣的渾濁度和顏色來估計(jì)大約COD值，目的是確定使用哪一種濃度的消化液。
　　1量取一定體積的污水，稱取10g硼泥，在錐形瓶里混合，放入一磁子。用磁力攪拌器在室溫下，以20轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌20分鐘，目的是為了加快硼泥與污水的混合、反應(yīng)速度，節(jié)約時(shí)間；攪拌后，把泥水混合物放入離心機(jī)中，以4000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心10分鐘，目的是為了讓反應(yīng)后的泥、水分離速度更快、分離的更完全，以便下面實(shí)驗(yàn)提取上清液進(jìn)行測(cè)試。
　　2準(zhǔn)確吸取均勻水樣3mL置于消化管中，準(zhǔn)確加入1.00mL掩蔽劑（不含氯離子的水樣改加1mL10%硫酸），3.00mL消化液，5.00mL催化劑，搖勻。
　　3旋緊密封蓋，依次將消化管插入已到達(dá)165℃的COD消解裝置恒溫體孔中，將拔動(dòng)開關(guān)至‘工作’位，按‘調(diào)分’鍵，此時(shí)水樣開始進(jìn)行定時(shí)，定溫催化消解工作。整個(gè)消煮過程約需22分鐘。
　　4當(dāng)定時(shí)器發(fā)出呼叫信號(hào)時(shí)，整個(gè)消解過程完畢，將消解管按順序從裝置中取出，冷卻。
　　5滴定：將樣液轉(zhuǎn)移到150mL錐形瓶中，用20mL蒸餾水分三次沖洗消化管，沖洗液并入錐形瓶中，2-3滴試亞鐵靈指示劑用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴，溶液的顏色由黃色經(jīng)藍(lán)綠色至紅褐色為終點(diǎn)，記錄硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，計(jì)算出COD值。
　　按以上步驟分別做空白實(shí)驗(yàn)2個(gè)、未經(jīng)處理水樣3個(gè)、經(jīng)處理水樣3個(gè)。
　　注1：該方法是“重鉻酸鉀法”在簡(jiǎn)化儀器裝置后的方法簡(jiǎn)化了消解操作。經(jīng)驗(yàn)有“重鉻酸鉀法”同等精度。
　　注2：每批水樣在測(cè)試的同時(shí)，必須做兩個(gè)空白試驗(yàn)。
　　注3：硫酸亞鐵銨濃度應(yīng)根據(jù)消化液濃度而定：
　　（1） 加入消化液Ⅰ，用0.05000mol/L硫酸亞鐵銨；
　　（2） 加入消化液Ⅱ，用0.02500mol/L硫酸亞鐵銨；
　　（3） 加入消化液Ⅲ，用0.01000mol/L硫酸亞鐵銨；
　　2.結(jié)果與討論
　　2.1溫度對(duì)硼泥活性的影響
　　硼泥與1N硫酸以1：5的比例反應(yīng)最終會(huì)達(dá)到中性，但是反應(yīng)時(shí)溫度的不同，達(dá)到中性所需要的時(shí)間也不同。根據(jù)硼泥與氫離子濃度為1N的硫酸在不同的溫度、測(cè)定記錄反應(yīng)3小時(shí)后的pH值，判定硼泥反應(yīng)活性最高的溫度（見表1、圖1）。
　　
　　表1硼泥與酸在不同溫度下反應(yīng)后的pH值
　　　　
　　 
　　圖1硼泥與酸在不同溫度下反應(yīng)后pH值
　　
　　從圖表中可知，隨著溫度的升高，硼泥與酸反應(yīng)后的pH值逐漸升高，到90℃時(shí)pH為最7.38，但是在過了一天后pH值就上升到7.5以上。而反觀80℃的硼泥與酸反應(yīng)后上清液，在以后三天內(nèi)的pH值分別是：第一天pH=7.33；第二天pH=7.35；第三天pH=7.41。pH值比較穩(wěn)定，保持在6.5～7.5中性范圍內(nèi)。因此80℃為硼泥改性的最佳溫度。
　　2.2污水是否經(jīng)過過濾對(duì)污水COD處理效果的影響
　　本次實(shí)驗(yàn)中，采用的是加入消化液Ⅰ和0.05000mol/L硫酸亞鐵銨。每次空白實(shí)驗(yàn)做2個(gè)平行實(shí)驗(yàn)，未經(jīng)硼泥處理水樣做3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)，經(jīng)硼泥處理污水水樣3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)，每次數(shù)據(jù)取平均值，如有其中一個(gè)數(shù)據(jù)與其他兩個(gè)數(shù)據(jù)相差較大的情況，則舍去，從其他兩個(gè)數(shù)據(jù)中取平均值計(jì)算。
　　                     
　　表2污水是否經(jīng)過濾再由硼泥處理后的COD祛除率比較
　　　　
　　                    
　　圖2污水是否經(jīng)過濾再由硼泥處理后的COD祛除率比較
　　
　　從經(jīng)過過濾與沒有經(jīng)過過濾的污水在硼泥處理后COD處理效率對(duì)比（圖2）看出，硼泥對(duì)未經(jīng)過濾的污水COD的處理效率為75％，而對(duì)經(jīng)過過濾的污水COD處理效率僅為38％。經(jīng)過過濾的污水，水質(zhì)明顯變清，濾紙上覆蓋著一層黑色物質(zhì)；而在沒經(jīng)過濾的污水在與硼泥反應(yīng)后，水中懸浮物明顯比原來少，水質(zhì)也變清。也就是說，硼泥對(duì)污水COD的作用機(jī)理主要是利用吸附能力，對(duì)污水中的懸浮物進(jìn)行吸附，而在生活污水中的懸浮物上面，有30％的有機(jī)物附著在上面，當(dāng)懸浮物被吸附的過程中，它們也隨著附著的懸浮物從污水中脫離。剩余污水中的COD，主要是由溶解在水中的有機(jī)物產(chǎn)生的，而硼泥對(duì)水溶性的有機(jī)物處理效率明顯不高。因此，硼泥對(duì)于混濁度較高的污水處理效果好。
　　在處理后，原來在污水中的有機(jī)物并沒有被分解，只是附著在硼泥上。因此，可以用附有大量有機(jī)物的硼泥經(jīng)行種植，種植的植物主要以喜硼植物為主，有機(jī)物和硼可以提供給植物充足的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)和微量元素，這樣即能對(duì)硼泥達(dá)到無害化處理的效果，又能種植植物，增加綠化。
　　2.3硼泥與生活污水搭配比例對(duì)污水COD處理效果的影響
　　根據(jù)所測(cè)到滴定所需要的硫酸亞鐵銨的量（表3），用公式：
　　COD（mg/L）=(V0-V1)•C•8•1000/V2
　　式中：V0——空白消耗硫酸亞鐵銨量（mL）
　　V1——所測(cè)水樣消耗硫酸亞鐵銨量（mL）
　　V2——所測(cè)水樣體積(mL)
　　C——硫酸亞鐵銨溶液的濃度(mol/L)
　　8——氧（1/2O）摩爾質(zhì)量
　　計(jì)算出原水樣的COD與處理后水樣的COD，兩者之差為被祛除的COD，用被祛除的COD比上原水樣的COD，就可得出COD的祛除率。COD的祛除率是判斷硼泥對(duì)污水中COD祛除效果好與不好的依據(jù)。
　　
　　表3各硼泥、污水比例COD的祛除率
　　　　
　　
　　
　　
　　
　　圖3各硼泥、污水比例COD的祛除率
　　
　　根據(jù)計(jì)算后的祛除率（圖3）可知，污水與硼泥比例的不同，所得到COD處理的效果也不同。而處理效果與泥水比例的關(guān)系主要是成反比比例，即在泥用量不變的條件下，隨著泥用污水的減少，處理的效率升高。當(dāng)硼泥：污水=1：6～1：5（即10g硼泥加60mL污水和10g硼泥加50mL污水）時(shí)，COD的祛除率在30%左右，變化不大。這時(shí)，污水里面的懸浮物量大大超出硼泥的吸附能力。當(dāng)兩者比例小于1：5時(shí)，祛除效率隨污水量的減少而升高。這時(shí)，污水中被硼泥吸附的懸浮物占總懸浮物的量比例越來越大，剩余在污水中的懸浮物越來越少。當(dāng)硼泥：污水＝1：3（10g硼泥＋30mL污水）時(shí)，曲線到達(dá)最頂點(diǎn)，說明這時(shí)硼泥對(duì)污水中的懸浮物吸附效率最高，從而達(dá)到對(duì)COD的處理效果最好。當(dāng)比例為1：2時(shí)，處理結(jié)果與1：3相差不大，反而有些下降，這是因?yàn)楫?dāng)污水量過少時(shí)，硼泥自身的有機(jī)物會(huì)對(duì)污水中的COD產(chǎn)生影響，使COD上升。因此從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知，在硼泥和污水的用量上1：3為最佳比例。
　　另外，當(dāng)泥水比例為1：1時(shí)，反應(yīng)后不易提取上清液，而且硼泥自身對(duì)COD的影響會(huì)更大，因此沒有進(jìn)行此測(cè)試。而10g硼泥與10mL污水混合后，加水稀釋后進(jìn)行的測(cè)試，考慮到這是污水處理效果的實(shí)驗(yàn)，如果還要加入純凈水的話，就沒有意義了，所以稀釋實(shí)驗(yàn)也沒有進(jìn)行。
　　3.結(jié)論與展望
　　“硼泥大量堆放造成浪費(fèi)、污染”，“生活污水排放量巨大，難以處理”，“工業(yè)廢酸需要高成本處理”這三大問題曾經(jīng)對(duì)我們的環(huán)境造成很大威脅。我們這次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果就是先利用工業(yè)廢酸對(duì)硼泥進(jìn)行改性后，用改性硼泥對(duì)生活污水進(jìn)行處理，降低生活污水中的COD，而處理污水后的硼泥，可用于植物種植，以達(dá)到硼泥與污水的處理無害化。