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絮凝—微波辐射—Fenton试剂氧化法深度处理焦化废水

文章出处:未知网责任编辑:作者:admin人气:发表时间:2020-08-21 14:06
作者:袁茂彪,马雄风,王书萍,颜家保,杨 洋,许龙龙(武汉科技大学 化学工程与技术学院,湖北 武汉 430081)


  [ 摘要] 用絮凝—微波辐射—Fenton试剂氧化法深度处理焦化废水,研究了微波辐射时间、微波功率、FeSO4加入量、H2O2加入量和废水pH对废水处理效果的影响。实验结果表明:在聚合氯化铝加入量为350 mg/L、聚丙烯酰胺加入量为12 mg/L、废水pH=5、FeSO4加入量为250 mg/L、H2O2总加入量为1 400 mg/L、H2O2分3次投加、微波功率为400 W、微波辐射时间为60 min的条件下,处理后出水的浊度、色度和COD去除率分别为98.59%,97.62%,86.21%。处理后出水澄清透明,COD为50.34 mg/L,满足GB 50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范》的要求。

  [ 关键词] 絮凝;微波;芬顿试剂氧化;深度处理;焦化废水

  焦化废水产生于煤的高温干馏、煤气净化及化工产品精制过程 [1-3],是一种难生物降解有机废水。焦化废水不仅含有大量的氨盐、氰化物、硫氰酸盐等无机污染物,还含有酚、萘、喹啉、吡啶、蒽等杂环及多环芳香族化合物[4]。活性污泥法可有效去除焦化废水中大多数无机和有机污染物,但对于有毒、难生物降解的可溶性污染物无法完全去除。目前,许多焦化厂以絮凝法作为废水深度处理的主要工艺,处理后的废水仅能达到国家排放标准[5],难以达到工业循环冷却水标准[6],不仅造成水资源的浪费,甚至还可能引起环境污染。

  絮凝—微波辐射—Fenton试剂氧化法利用絮凝剂除去相对分子质量较大的有机物,再以Fenton反应生成强氧化性自由基·OH(氧化电位2.80 V)降解残余的相对分子质量较小的有机物。在微波作用下,可使Fenton反应速率大幅提高,并且有机物可以氧化成H2O和CO2,调节pH可去除废水中残余的Fe3+。该工艺投资和运行成本低,工艺简单,操作简便,动力消耗低,设备维修方便。

  本工作以絮凝—微波辐射—Fenton试剂氧化法处理某焦化厂生化处理后的焦化废水,处理后出水可以达到工业循环冷却水标准,以期为焦化废水的深度处理提供工艺依据。

  1 实验部分

  1.1 试剂和仪器

  聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM):工业纯;FeSO4、H2O2溶液、重铬酸钾、硫酸、氢氧化钠:分析纯。

  废水取自某焦化厂生化处理后的焦化废水,废水水质主要指标见表1。

  XH-300A型电脑微波-超声波组合合成萃取仪:北京祥鹄科技发展有限公司;AL204型电子天平:梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;T6型新世纪紫外-可见分光光度计:北京普析通用仪器有限责任公司;PHS-25型pH计:上海精密科学仪器有限公司;JJ-4A型六联同步自动搅拌机:国华电器有限公司;电子万用炉:北京市永光明医疗仪器有限公司。

  1.2 实验方法

  取400 mL废水,用浓度为l mol/L的硫酸或浓度为2 mol/L的NaOH溶液调节pH=7,搅拌下先后加入适量絮凝剂PAC与PAM,以120 r/min的搅拌转速快速搅拌1 min,再以40 r/min的搅拌转速慢速搅拌10 min,静置40 min。取200 mL絮凝后的废水,用浓度为l mol/L的硫酸或浓度为2 mol/L的NaOH溶液调节pH,反应温度为50 ℃条件下加入一定量的质量浓度为2 g/L的FeSO4溶液和质量浓度为20 g/L的H2O2溶液。反应一段时间后,加入浓度为2 mol/L的NaOH溶液调节pH至10,终止Fenton试剂反应。静置一段时间,取上清液测定COD、色度和浊度。

  1.3 分析方法

  采用重铬酸钾法测定COD [7];采用铂钴比色法测定色度[7];采用硫酸肼-六次甲基四胺法测定浊度[7]。

  2 结果与讨论

  2.1 微波辐射时间的影响

  当PAC加入量为200 mg/L、PAM加入量为3mg/L、废水pH=3、FeSO4加入量为250 mg/L、H2O2加入量为1 200 mg/L、微波功率为400 W时,微波辐射时间对废水处理效果的影响见图1。由图1可见:浊度去除率一直维持在95%以上;微波辐射时间为0~50 min时,色度去除率逐渐增大;微波辐射时间为0~40 min时,COD去除率逐渐增大;随着时间继续延长,由于H2O2含量降低、Fe2+转化为Fe3+,因此COD去除率有所减小;当微波辐射时间为60 min时,COD、色度、浊度去除率和出水COD分别为84.78%,95.55%,99.16%, 55.34 mg/L。因此,选择最佳微波辐射时间为60 min。

  2.2 微波功率的影响

  当PAC加入量为200 mg/L、PAM加入量为3mg/L、废水pH=3、FeSO4加入量为250 mg/L、H2O2加入量为1 200 mg/L、微波辐射时间为40 min时,微波功率对废水处理效果的影响见图2。由图2可见:浊度去除率一直维持在95%以上;当微波功率在300~400 W时,色度去除率显著提高;当微波功率在200~500 W时,COD去除率明显增大。微波发生器采用温度反馈法调节微波输出功率,当微波功率低于300 W时,废水的温度未上升;当微波功率超过400 W时,废水的温度迅速升温到设定值50 ℃[8-9],有利于Fenton反应生成自由基·OH。当微波功率为500 W时,出水COD最低,为64 mg/L。因此,选用微波功率为500 W。

  2。3 FeSO4加入量的影响

  当PAC加入量为200 mg/L、PAM加入量为3mg/L、废水pH=3、 H2O2加入量为1 200 mg/L、微波功率为400 W、微波辐射时间为40 min时, FeSO4加入量对废水处理效果的影响见图3。由图3可见:浊度去除率始终维持在90%以上;FeSO4加入量为0~300 mg/L时,色度去除率明显增大;当FeSO4加入量在100~250 mg/L时,COD去除率增大,但随后降低,这是因为FeSO4浓度过高时,Fenton反应速率过大,部分·OH与Fe2+反应生成OH-,Fe3+与H2O2反应生成氧化性较低的·OH2[10-11];当FeSO4加入量为250 mg/L时,COD去除率最高,为83.70%,出水COD为60.00 mg/L。因此,确定最佳FeSO4加入量为250 mg/L。

  2.4 H2O2加入量的影响

  当PAC加入量为200 mg/L、PAM加入量为3mg/L、废水pH=3、FeSO4加入量为250 mg/L、微波功率为400 W、微波辐射时间为40 min时,H2O2加入量对废水处理效果的影响见图4。由图4可见:色度和浊度去除率一直维持在90%以上;H2O2加入量为1 400 mg/L时,COD去除率最高,为83.70%,出水COD为60.00 mg/L。因此,确定H2O2加入量为1 400 mg/L。

  2。5 废水pH的影响

  当PAC加入量为200 mg/L、PAM加入量为3mg/L、FeSO4加入量为250 mg/L、H2O2加入量为1 200 mg/L、微波功率为400 W、微波辐射时间为40 min时,废水pH对废水处理效果的影响见图5。由图5可见:浊度去除率维持在95%以上;色度去除率也在90%左右;当废水pH=3~5时,COD去除率增大,当废水pH=5~10时,COD去除率降低。pH过高,OH-与Fe2+和Fe3+生成沉淀,减弱Fe2+的催化作用;pH过低,H+抑制H2O2还原Fe3+ [12],降低反应·OH的生成。当废水pH=5时,COD去除率最高,为85.87%,出水COD为51.59 mg/L。因此,确定废水pH最佳值为5。

  2.6 H2O2投加次数的影响

  当PAC加入量为200 mg/L、PAM加入量为3 mg/L、废水pH=3,FeSO4加入量为250 mg/L、H2O2总加入量为1 200 mg/L、微波功率为400 W、微波辐射时间为40 min时,H2O2投加次数对废水处理效果的影响见图6。由图6可见:浊度去除率一直维持在96%以上;当H2O2投加次数增多时,色度、COD去除率均明显提高,多次投加H2O2的处理效果优于一次投加效果。H2O2多次投加可以提高反应的平均推动力,加快主反应速率,抑制副反应[13]。H2O2投加次数为3时,COD去除率最高,为85.81%,出水COD为52.21 mg/L。因此,确定投加H2O2最佳次数为3。

  2.7 PAC加入量的影响

  当PAM加入量为3 mg/L、废水pH=3、FeSO4加入量为250 mg/L、H2O2加入量为1 200 mg/L、微波功率为400 W、微波辐射时间为40 min时,PAC加入量对废水处理效果的影响见图7。

  由图7可见:浊度和色度去除率维持在90%以上;随PAC加入量增加,COD去除率增大;PAC的加入量过大时,废水中剩余的Cl-消耗部分·OH自由基,导致出水COD增大;当PAC加入量为350 mg/L时,COD去除率最高,为85.87%,出水COD为51.59 mg/L。经实验确定PAC的加入量为350 mg/L。

  2.8 PAM加入量的影响

  当PAC加入量为200 mg/L、废水pH=3、FeSO4加入量为250 mg/L、H2O2加入量为1 200 mg/L、微波功率为400 W、微波辐射时间为40 min时,PAM加入量对废水处理效果的影响见图8。由图8可见:浊度和色度去除率维持在90%以上;当PAM的加入量为12 mg/L时,COD去除率最高,为86.41%,出水COD为49.62 mg/L。PAM加入量过高时,废水中剩余的PAM单体和水解基团消耗部分·OH。经实验确定PAM的加入量为12 mg/L。

  2.9 絮凝—微波辐射—Fenton试剂氧化法的最佳工艺条件

押庄龙虎   絮凝—微波辐射—Fenton试剂氧化法的最佳工艺条件为:PAC加入量350 mg/L,PAM加入量12mg/L,废水pH5,FeSO4加入量250 mg/L,H2O2总加入量1 400 mg/L,H2O2分3次投加,微波功率400W,微波辐射时间60 min。在此条件下,处理后的出水澄清透明,浊度去除率为98。59%,色度去除率为97。62%,COD去除率为86。21%。出水浊度为1。25NTU,色度为0。11度,COD为50。34 mg/L,浊度和COD满足GB50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范》[6]中的要求,实现了深度处理后废水的资源化利用。

  3 结论

  a)最佳工艺条件:PAC加入量为350 mg/L,PAM加入量为12 mg/L,废水pH=5,FeSO4加入量为250 mg/L,H2O2总加入量为1 400 mg/L,H2O2分3次投加,微波功率为400 W,微波辐射时间为60 min。

  b)在最佳工艺条件下,处理后的出水浊度为1.25 NTU,色度为0.11度, COD为50.34 mg/L;浊度去除率为98.59%,色度去除率为97.62%,COD去除率为86.21%。浊度和COD满足GB50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范》的要求,实现了深度处理后废水的资源化利用。

 
此文关键字:絮凝,微波,辐射,Fenton,试剂,氧化,深度,处理,焦化

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