精細(xì)化工生產(chǎn)廢水處理工藝分析
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[摘要]以化工廠(chǎng)廢水的COD去除率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用Fenton-混凝法對(duì)其進(jìn)行處理，考察了FeSO4、H2O2的加入量和反應(yīng)時(shí)間、pH等反應(yīng)條件對(duì)廢水中COD去除效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在廢水pH為4，H2O2濃度為6%，F(xiàn)eSO4濃度為1.5%，反應(yīng)時(shí)間為2h的條件下，該工藝對(duì)COD的去除效果最佳，廢水中COD值從10500mg/L降至1980mg/L，COD去除率最高達(dá)81.14%，BOD5/COD提高到0.6，在降解COD的同時(shí)有效提高了廢水的可生化性。
[關(guān)鍵詞]廢水處理；芬頓；混凝
化工企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量廢水，由于生產(chǎn)的產(chǎn)品種類(lèi)眾多，其廢水成分復(fù)雜、有機(jī)物含量高，屬于高濃度、生物難降解的廢水[1]。目前，針對(duì)廢水處理的常見(jiàn)方法有電絮凝、混凝沉淀、催化氧化、好氧法、膜法等[2]。電絮凝法可去除的污染物廣泛，但對(duì)于可溶于水中的有機(jī)物處理效果不好；好氧法優(yōu)點(diǎn)有反應(yīng)速度較快，廢水停留時(shí)間較短，故處理構(gòu)筑物容積較??；但對(duì)難降解有機(jī)物去除率低、污泥量較厭氧處理多、運(yùn)行費(fèi)用較高等。膜法高效環(huán)保，具有很大潛力，但膜法研究較少，且技術(shù)不完善。本實(shí)驗(yàn)以某精細(xì)化工廠(chǎng)生產(chǎn)廢水為研究對(duì)象，采用芬頓氧化對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)影響處理效果的因素進(jìn)行考察，以探索最佳的工藝條件，試驗(yàn)表明，芬頓氧化對(duì)精細(xì)化工生產(chǎn)廢水中COD有較高的去除率，且提高廢水可生化性，為廢水處理的實(shí)際工程應(yīng)用提供參考[3-4]。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1實(shí)驗(yàn)試劑及儀器
實(shí)驗(yàn)儀器：BPH-600型便攜型pH計(jì)，貝爾分析儀器有限公司；BPH-600型電子天平，常州萬(wàn)泰天平儀器有限公司；增氧泵，泉州孚諾泰環(huán)保設(shè)備有限公司；COD快速測(cè)定儀，哈希水質(zhì)分析儀有限公司實(shí)驗(yàn)試劑：硫酸亞鐵(工業(yè)級(jí))，淄博川北化工公司；30%過(guò)氧化氫(工業(yè)級(jí))，廣州力博有限公司氫氧化鈉(工業(yè)級(jí))，宇海深化工；98%濃硫酸(工業(yè)級(jí))，天津富宇有限公司。
1.2實(shí)驗(yàn)廢水
1.3實(shí)驗(yàn)方法
Fenton-混凝法：室溫條件下，取化工廢水樣品1000mL于1500mL燒杯中，調(diào)節(jié)樣品pH，分別加入定量的PAC和PAM，鼓氣攪拌一定時(shí)間，靜置30min后，取上清液調(diào)節(jié)樣品pH，投加定量FeSO4后，鼓氣攪拌混合后滴加定量的H2O2。加完H2O2后繼續(xù)鼓泡一定時(shí)間，再調(diào)節(jié)pH，分別加入定量的PAC和PAM，鼓氣攪拌一定時(shí)間，靜置30min后，取上清液中測(cè)定其COD值。
2結(jié)果與討論
2.1FeSO4和H2O2投加量的影響
文獻(xiàn)表明，H2O2氧化劑與FeSO4催化劑，兩者在適當(dāng)?shù)膒H下會(huì)反應(yīng)產(chǎn)生氫氧自由基(OH)，而氫氧自由基的高氧化能力與廢水中的有機(jī)物反應(yīng)，可分解氧化有機(jī)物，進(jìn)而降低廢水中生物難分解的COD。
2.1.1FeSO4投加量的影響
控制溶液初始反應(yīng)pH為4，H2O2的投加量為水樣的6%，考察FeSO4濃度對(duì)COD去除的效果，結(jié)果如圖1所示。當(dāng)FeSO4的投加量逐漸增加時(shí)，水樣中的COD明顯降低，但當(dāng)其投加量超過(guò)1.5%時(shí)，COD反而有所提高，并逐步趨于平穩(wěn)。這是因?yàn)闈舛冗^(guò)高時(shí)，F(xiàn)e2+能被H2O2氧化成Fe3+，消耗部分的H2O2，使到•OH自由基的減少，氧化性降低，同時(shí)也增加水樣的顏色和SS。
2.1.2H2O2投加量的影響
控制溶液初始反應(yīng)pH為4，F(xiàn)eSO4的投加量為水樣的1.5%，考察H2O2濃度對(duì)COD去除的效果，結(jié)果如圖2所示。圖2表明，H2O2投加量較少時(shí)，隨H2O2投加量的增加，廢水C0D去除率增加。當(dāng)H2O2投加量增加至水樣的6%，COD去除率最高，當(dāng)H2O2投加量超過(guò)水樣的6%后，COD去除率反而降低。這是由于在H2O2質(zhì)量濃度較低時(shí)增加H2O2投加量，生成的•OH自由基迅速與有機(jī)物反應(yīng)，COD去除率上升較快；而在H2O2投加量較多時(shí)，H2O2本身與沒(méi)有及時(shí)與有機(jī)物反應(yīng)的•OH自由基反應(yīng)，造成•OH自由基的減小，因此過(guò)量的H2O2對(duì)芬頓試劑所起的氧化作用存在不利影響。
2.2反應(yīng)時(shí)間的影響
當(dāng)H2O2的投加量為水樣的6%，F(xiàn)eSO4的投加量為水樣的1.5%，pH值為4時(shí)，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD去除率的影響。圖3表明，反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)可提高COD去除率，前1h的反應(yīng)速率很快，后面反應(yīng)速度減慢。但COD去除率仍在升高。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為2h時(shí)，COD的去除率可以達(dá)到最高。但考慮處理效果和經(jīng)濟(jì)性，選擇反應(yīng)時(shí)間為2h。
2.3pH的影響
當(dāng)H2O2的投加量為水樣的6%，F(xiàn)eSO4的投加量為水樣的1.5%，反應(yīng)時(shí)間是2h，考察pH對(duì)Fenton氧化降解化工廢水的影響，結(jié)果如圖4所示。在pH值為1~4時(shí)，廢水的COD隨著pH的增大逐漸降低。當(dāng)pH值=4時(shí)，廢水的COD降至最低。隨著pH的繼續(xù)增大，廢水的COD明顯降低。這是于當(dāng)pH增加時(shí)，F(xiàn)e2+、Fe3+會(huì)和OH-產(chǎn)生絡(luò)合物Fe(OH)2和Fe(OH)3，且H2O2在堿性條件下易于分解，不利于•OH的產(chǎn)生。
2.4混凝沉淀試驗(yàn)
Fenton氧化處理很難將難降解物質(zhì)和大分子物質(zhì)完全絮凝沉淀。通過(guò)加入PAC及PAM進(jìn)行處理，進(jìn)行混凝，達(dá)到降低COD及SS的目的。水樣經(jīng)過(guò)fenton氧化處理后，考察PAC及PAM加入量的影響，結(jié)果如圖5所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在Fenton氧化處理后經(jīng)過(guò)混凝沉淀，能有效降低水中的COD，COD可繼續(xù)降低10%左右，并且水樣的顏色變淺，澄清度有明顯的提高。
3結(jié)論
(1)采用Fenton試劑對(duì)化工廢水進(jìn)行處理，能有效降低水中的COD。經(jīng)實(shí)驗(yàn)得到Fenton反應(yīng)處理化工廢水的最佳參數(shù)：FeSO4和H2O2的最佳投加量分別為1.5%、6%，pH值為4，反應(yīng)時(shí)間為2h，COD去除率可達(dá)到81.14%。(2)Fenton氧化聯(lián)合混凝法明顯優(yōu)于單獨(dú)的Fenton處理，大大改善了廢水的可生化性能，BOD5/COD提高到0.6。(3)Fenton氧化聯(lián)合混凝法實(shí)驗(yàn)所用試劑均為普通的水處理藥劑，噸水藥劑成本約為2.65元，處理效率高，運(yùn)行成本低。
參考文獻(xiàn)
[1]趙月龍，祁佩時(shí)，楊云龍．高濃度難降解有機(jī)廢水處理技術(shù)綜述[J]．四川環(huán)境，2006(25)：98-103．
[2]徐永波，王小鳳，胡正茂，等．高級(jí)氧化技術(shù)組合工藝處理高COD化工廢水[J]．資源節(jié)約與環(huán)保，2019(11)．
[3]張信武．危廢企業(yè)廢水處理工藝調(diào)試及運(yùn)行[J]．環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2020，39(1)：63-66．
[4]韓帥帥，李素芹，鮑善詞．Fenton-絮凝工藝去除廢水中的有機(jī)物試驗(yàn)[J]．中國(guó)冶金，2019(10)：80-85．
作者：黃輝球 文銘孝 王飛 單位：廣東省工業(yè)表面活性劑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
