ČIŠTĚNÍ A PŘEDÚPRAVA PROCESNÍCH A ODPADNÍCH VOD Z VÝROBY PAPÍRU ELEKTROCHEMICKÝM - FENTONOVÝM PROCESEM

Transkript

1 ČIŠTĚNÍ A PŘEDÚPRAVA PROCESNÍCH A ODPADNÍCH VOD Z VÝROBY PAPÍRU ELEKTROCHEMICKÝM - FENTONOVÝM PROCESEM Barbora Vystrčilová Libor Dušek Jaromíra Chýlková Univerzita Pardubice Ústav environmentálního a chemického inženýrství Fakulta chemicko- technologická Studentská 95 Pardubice barbora.vystrcilova@student.upce.cz

2 Úvod práce se zabývá elektro- chemickou předúpravou nebo dočišťováním procesních a odpadních vod z výroby papíru pomocí elektro- Fentonova procesu účinnost byla vyhodnocována pomocí změn CHSK, TOC a stupněm odbarvení Obsah 1. Teoretická část 2. Experimentální část 3. Závěr

3 1. Teoretická část Výroba buničiny a papíru je známa vysokými nároky na množství a kvalitu vstupní vody stejně známy jsou i značné ekologické problémy, které způsobují procesní a odpadní vody z tohoto odvětví průmyslu ve výsledku se to projevuje sníženou biodegradací odpadních vod, vysokými hodnotami CHSK, TOC, AOX a nepřípustným zbarvením Pokročilé oxidační procesy (AOP) podstatou je oxidace látek na sloučeniny jednodušší nebo až na vodu a oxid uhličitý většina AOP je založena na generování hydroxylových radikálů OH, které jsou vlastním oxidačním činidlem největší nevýhodou těchto postupů je jejich značná energetická náročnost výjimkou je tzv. Fentonova reakce

4 Elektro-Fentonův proces slibná technologie, která kombinuje elektrochemické reakce a Fentonův proces Hlavní výhody možnost in-site produkce H 2 O 2 schopnost kontroly degradační kinetiky vyšší degradační rychlost organických polutantů možnost celkové mineralizace relativně nízké náklady v případě, že jsou optimalizovány operační parametry 2 3 Souhrnná Fentonova reakce: Fe H O H Fe H O OH Fe H2O2 Fe HO2 Fe HO Fe O2 Fe H H 3 2 k 2 2 = mol -1 s -1 3 R Fe 2 R k = mol -1 s -1

5 2. Experimentální část procesní voda obsahuje zbytky barviv Kemira Astra Yellow značenou jako C.I. Basic Yellow 90 a Basazol Yellow 46L, což je barvivo označované Coulor Indexem jako C.I. Basic Yellow 96 množství těchto barviv obvykle kolísá v rozmezí 3-6 mg/l, výjimečně až 10 mg/l vedle toho odpadní voda obsahuje dále kyselinu octovou, BUSAN 1287 a další pomocné prostředky procesní voda vykazuje ph = 6,2 7,2, RAS = mg/l, NL = 1 do 25 mg/l,chsk = mg O 2 /l, BSK 5 = mg/l a vodivost kolísá od μs/cm Cl - H 3 C N + CH H 3 C 3 H 3 C O N H 3 C O N H 3 C N + Cl - O H 3 C CH3 O N N O O N CH 3 CH 3 C.I. Basic Yellow 90 CAS [ ] C.I. Basic Yellow 96 CAS [ ] N

6 kpoz (s -1 ) log k poz (s -1 ) Elektro-Fentonova oxidace - vliv Fe 2+ 0,1 Vliv koncentrace Fe 2+ na rychlost Fentonovy reakce respektive dekolorizace procesní vody ph = 3, c H2O2 = 0,01 mol/l, t = 20 o C 0 Vliv koncentrace Fe 2+ na rychlost Fentonovy reakce respektive dekolorizace procesní vody ph = 3, c H2O2 = 0,01 mol/l, t = 20 o C 0, ,05 0, y = 0,5893x R 2 = 0, ,E-08 1,E-06 1,E-04 1,E-02 1,E+00 c Fe 2+ (mol/l) log c Fe 2+ (mol/l)

7 % odbarvení log kpoz (s -1 ) Elektro-Fentonova oxidace - vliv ph ph profil kinetiky dekolorizace PV H 2 O 2 s a bez přítomnosti Fe ph profil dekolorizace v přítomnosti Fe2+, cfe2+ = mol/l ph profil dekolorizace bez účasti Fe2+ -3,5-4 -4,5-5 -5, ph 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Zavislost rychlosti dekolorizace PV na čase bez přítomnosti Fe 2+, ph=3, c H2O2 = 0,01 mol/l, t = 20 o C čas 40(h)

8 kpoz (s -1 ) Elektro-Fentonova oxidace - vliv koncentrace H 2 O 2 Závislost rychlosti dekolorizace PV na přebytku H 2 O 2 ph = 3, c Fe2+ = mol/l, t = 20 o C 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0, ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 c H 2 O 2 mol/l

9 Elektro-Fentonova oxidace pohled do laboratoře Dekolorizace odpadní vody pomocí elektro Fentonovy reakce (V=400 ml, t=1h, T=25 o C, U=10 V, proudová hustota = 16mA/cm 2, 12ml 30% H 2 O 2. Odpadní voda po elektro Fentonově reakci a následné sedimentaci kalů hydroxidů železa.

10

11

12 3. Závěr bylo dosaženo snížení CHSK o cca 53% a TOC o 51% je jasně patrný pokles absorbance v oblasti nm ve žluté oblasti spektra roste absorbance vody nad původní hodnotu v důsledku přítomnosti oxidů železa (mohou být odstraněny po úpravě ph ve formě Fe(OH) 2 a Fe(OH 3 ) bez úpravy ph by muselo po elektro Fentonově oxidaci následovat zachycení těchto částic např. pomocí ultrafiltrace nebo adsorpce na vhodném adsorbentu pro optimalizaci procesu byl sestaven ph profil elektro-fentonovy oxidace, optimalizováno napětí a proudová hustota procesu společně s dávkováním peroxidu vodíku (viz grafy výše uvedené)

13 Děkuji za pozornost Poděkování Výzkumné práce jsou financovány projektem (SGFChT 05/2012).