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似是而非为达标开发的“新技术” 精选

已有 6404 次阅读 2014-5-18 09:52 |系统分类:科研笔记| 标准, 废水处理, COD, 氧化剂, 过硫酸盐

几年前由“蛋白精”引发的假奶粉事件,大家还记忆犹新,几年后的今天,它对国内奶制品产业影响的阴影仍末消散。当初,就是因为国家为了规范原料奶的收购质量,提出了原料奶的蛋白质含量标准。为了测定蛋白质的含量,氮元素作为蛋白质的典型特征元素,就通过测量原料奶中的氮含量作为标准。由于国内的中小奶牛养殖户,原料奶在奶牛养殖、容器清洗、挤奶等工序操作不规范,往往难以达到规定的氮含量标准。据说开始有专门的用于提高蛋白质含量的蛋白粉,后来北京一家大研究所的办公室主任,宣称从美国引进了生产“蛋白精”新技术,销售一份“蛋白精”的配方开价2000元,并在一些杂志上做广告。为了保证原料奶的蛋白质含量达到标准,添加蛋白精差不多成为奶农们的一个公开秘密。再后来,一些有“化学头脑”的人,发现三聚氰胺是含氮量最高的有机化合物,用三聚氰胺配制蛋白精,成为一些人发财的捷径。直到有小孩因喝三聚氰胺奶粉而发生死亡事故,才发现为满足原料奶的蛋白质含量而建立的测量氮的方法是靠不住的,添加含三聚氰胺蛋白精虽然能满足原料奶的氮含量,其实是生产了有毒的奶制品,这次恶劣的三聚氰胺毒奶粉事件,最后以枪毙了制造与销售最多三聚氰胺蛋白精的农民而收场!

为了更好地保护环境,国家制定了越来越严格的环境保护标准。表征水中被污染的有机污染物量,就是测定水中的化学需氧量(COD),即要完全氧化水中的有机物,折算成需要多少的氧气。原来对一些工矿企业排放的废水,COD值要求低于100mg/L即可达标排放,现在有些新标准要求COD值必须低于60mg/L。为了满足新排放标准的要求,一些相应的“新技术”也就应运而生。

研究生毕业季快来了,最近审阅了兄弟院校的一篇硕士学位毕业论文,论文是研究让尾矿库的废水,如何达标排放的问题。论文讨论了这种废水可生化性极差,且出水的COD是满足原来的排放标准的,现在标准提高了,只要再脱除20mg/LCOD,即可达到新的标准。采用化学氧化法可以达到这个要求,然后论文就讨论了几种不同的化学氧化剂氧化这种废水的可能性,文章推荐使用过硫酸盐氧化这种废水。论文的实验结果证明:过硫酸盐真的能氧化这种废水,且过硫酸盐投加越多,COD就越低。另外还做了二个不同温度的处理效果,一个反应温度是10度,另一个温度是40度,结果表明,氧化不受温度的影响,不同的反应温度,其氧化效果相同。也做了不同的氧化反应时间的氧化效果,实验结果表明,反应时间对氧化结果也没有影响,投药氧化反应3分钟,与投药氧化60分钟的COD脱除效果是一样的。论文由此得到的结论是用过硫酸盐,可以有效地处理这种废水,能使其COD达到新的排放标准,且反应温度与反应时间对氧化结果都不产生影响。

这个结果有违我的常识,因为过硫酸盐只有在一定的温度下才分解,分解后生产氧化作用极强的自由基。用它做聚合反应的引发剂时,有时为了降低一点反应起始温度,要添加一些还原剂,形成氧化还原体系,但在我的印象中,起始反应温度从来没有低于40度。那为什么10度的氧化结果,与40度的氧化结果是相同呢?最大的可能就是投加的过硫酸盐,根本就没有与水中的有机物发生氧化反应,而是溶解于水中,当测定COD时,分析方法要求水样必须通过高温消解,过硫酸盐才与水中的一些有机物起作用,从而能将测定的COD值下降。这也可以解释为什么10度,与40度的反应温度结果是一样;3分钟的反应时间,与60分钟的反应时间其COD的测定结果也是一样的问题。为了证明我的想法,我让研究生做了一个实验,测定投加了过硫酸盐废水中的过硫酸盐的浓度,果然在40度以下,过硫酸盐在水中的降解速度非常慢,在短时间内,其浓度几乎不变!做一个简单的实验验证也是非常容易,用颜料配制有色度的废水,用常规的化学氧化剂是非常容易将废水氧化脱色的,如常用的氧化剂漂白水,臭氧等,脱色效果都非常好。但在常温条件下,投加过硫酸盐,色度几乎不变,这说明在色度较深的废水中,投加了过硫酸盐,色度没有脱除,又添加了新的化学药剂,当然,加热到80度以上,脱色就会变得很明显。

认真思考,这项为达到新的废水COD值排放标准而开发的“新技术”,就像用三聚氰胺来提高原料奶的氮含量一样,不仅没有能将处理水的水质变好,反而有可能增加处理后水的毒性。虽然过硫酸盐在高温下能氧化水中的有机物,将它们氧化成二氧化碳及水等危害性相对较少的化合物,同时它本身也变为毒性较低的硫酸盐,但水排到环境中不可能温度超过40度,这样,水中原来存在的有机污染物仍然存在,现在又添加了过硫酸盐,低温下过硫酸盐并不能立即氧化这些有机物,二种污染物并没有发生像测定COD时的高温消化环境的毒性相互抵消的化学反应,故有可能产生了更大的环境风险。

在环境化工领域存在这样的问题,在其它领域,也有可能存在类似的问题。开发一个新技术,不要以为达到了某个表征性指标就大功告成而沾沾自喜,一个真正的好技术,首先原理上要讲得通,且必须经得住反复的推敲,还要能经受得了时间的检验。




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