Fenton試劑催化氧化_混凝法處理焦化廢水的實驗研究

1、Fenton試劑催化氧化混凝法處理焦化廢水的實驗研究劉紅,等Fenton試劑催化氧化混凝法處理焦化廢水的實驗研究劉紅,周志輝,吳克明(武漢科技大學(xué)化工資源與環(huán)境學(xué)院,武漢430081)摘要:用Fenton試劑結(jié)合自制聚硅硫酸鋁對焦化廢水進行了催化氧化混凝試驗研究,選擇了最佳的工作條件。結(jié)果表明,經(jīng)氧化混凝處理后廢水的COD從1173mg/L降至38.2mg/L,去除率達96.7%。研究中還發(fā)現(xiàn),Fenton試劑具有將廢水的pH值調(diào)節(jié)為2.53的特性,為該工藝實際處理焦化廢水提供了科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞:Fenton試劑;化學(xué)氧化;混凝沉降;焦化廢水中圖分類號:X703文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1003

2、26504(2004)0120071203Fenton試劑是由H2O2和Fe2+混合得到的一種強氧化劑,由于其能產(chǎn)生氧化能力很強的OH自由基,在處理難生物降解或一般化學(xué)氧化難以奏效的有機廢水時,具有反應(yīng)迅速,溫度和壓力等反應(yīng)條件緩和且無二次污染等優(yōu)點。因此,近30年來越來越受到國內(nèi)外環(huán)保工作者的廣泛重視。廢水,其組成復(fù)雜,哚和喹啉等有機物外,染物,COD仍高于國家排放標(biāo)準(zhǔn),且色度和氣味較重,若直接外排會對環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重污染。曾有報道1用紫外光催化Fenton試劑氧化法處理焦化廢水,對其可行性進行了初步探討,但光源的問題使該法難以在我國達到工業(yè)化應(yīng)用2。本文采用Fenton試劑氧化聯(lián)合聚硅硫酸鋁混

3、凝沉降的方法,對氣浮一隔油后的焦化廢水進行了試驗研究,獲得了良好的效果,為該工藝實際處理焦化廢水提供了科學(xué)依據(jù)。1試驗方法1.1Fenton試劑氧化試驗方法酸鋁(自制,摩爾比AlSi=11,CAl=CSi=0.05mol/L)進行混凝沉降實驗。混凝時,先快攪(150r/min)1min,再慢攪(50r/min)5min,靜置后,取上清液測COD等項目。;HH25型化學(xué)耗氧量測定2623型定時變速攪拌機;六聯(lián)恒溫水浴鍋。2結(jié)果與討論2.1氧化實驗2.1.1H2O2投加量的影響取6個燒杯,各加入250mL焦化廢水,按順序分別加入1.5,3.0,4.5,6.0,7.5,9.0,10.5g/L30%的

4、H2O2溶液,其它條件均控制為:Fe2+=0.4g/L,pH=3.0,反應(yīng)溫度75,反應(yīng)時間1.5h,進行氧化實驗。氧化后,將水樣的pH用NaOH調(diào)節(jié)在7.6左右,投加2.5mL聚硅硫酸鋁進行混凝沉降實驗。靜置30min后,下層為黃色絮凝沉淀物,上清液清澈透明,無色無味。取上清液測COD,實驗數(shù)據(jù)如圖1所示。試驗水樣取自武鋼焦化廠,為未經(jīng)生化處理的均和池中廢水,pH=7.81,COD為1173mg/L。試驗在250mL燒杯中進行,取250mL水樣調(diào)pH值,放入恒溫水浴中加熱到設(shè)定溫度,加入一定量現(xiàn)配(NH4)2Fe(SO4)2,一次性加入30%的H2O2溶液,攪拌,待氧化反應(yīng)完成后,稍冷片刻再

5、進行混凝沉降試驗。所用試劑皆為分析純。1.2混凝沉降試驗方法將Fenton試劑氧化后水樣調(diào)pH值,投加聚硅硫作者簡介:劉紅(1964-),女,副教授,碩士,主要從事工業(yè)水處理研究。由圖1可見,當(dāng)H2O2投加量在7.210.5g/L時,COD去除率為96.7%97.2%,表明用Fenton試劑和混凝沉降處理焦化廢水效果顯著。為了降低藥耗,并保證處理效果,將H2O2投加量選為7.2g/L。2.1.2Fe2+投加量的影響71環(huán)境科學(xué)與技術(shù)第27卷第2期2004年3月固定H2O2的投加量為7.2g/L,改變Fe2+加入量,其它條件同上,結(jié)果如圖2所示。H2O2和Fe2+的投加量分別為7.2g/L和0.

6、6g/L,反應(yīng)溫度為75,反應(yīng)時間從30min依次增加到180min,實驗結(jié)果如表1。表1反應(yīng)時間的影響水浴時間(min)COD(%)1209215091表1說明:30min的反應(yīng)時間足以氧化降解水中由圖2可以看到,Fe2+投量不足,產(chǎn)生的OH數(shù)量相對較少,氧化效果差;而Fe2+投量過大時,COD去除率亦有所下降,這可能是當(dāng)催化劑Fe2+用量大時:(1)會過快產(chǎn)生羥自由基,尚來不及與有機分子反應(yīng)就已發(fā)生湮滅,使降解效率下降;(2)過多的Fe2+會被H2O2氧化為Fe3+,消耗了氧化劑而使出水COD增高。此外,大量Fe3+的膠態(tài)水解產(chǎn)物Fe(OH)3在混凝沉降時,還會產(chǎn)生大量的污泥,增加后續(xù)處理

7、的負荷和費用。適宜的Fe2+投量范圍為0.60.8g/L,此時,H2O2與Fe2+摩爾比為H2O2/Fe2+=12191。2.1.3pH的選取絕大部分有機物,這與文獻4的研究結(jié)果一樣,此時殘余COD為118.2mg/L,COD去除率達到89.9%。反應(yīng)時間為90min時處理效果最好,延長反應(yīng)時間,殘余COD反而略有升高,這可能是一些難以氧化的有機物在較長的反應(yīng)時間后,發(fā)生了不完全氧化,造成CC鍵斷裂,每個大分子生成2個以上小分子,使測得的殘余COD值增大。2.1.5反應(yīng)溫度的影響實驗結(jié)果見表2,90min,從表2可看到,隨溫度升高?？紤]到經(jīng)濟因素和設(shè),80。COD去除率的關(guān)系)(COD去除率(

8、%)研究表明3,用Fenton,值為23。筆者在研究時發(fā)現(xiàn),p,氧化效果較好見圖3,實驗結(jié)果見圖:雖然廢水本身的pH值為7.81,但是當(dāng)加入Fenton試劑后,體系的pH值瞬間即變?yōu)?.53,即Fenton試劑有自動將反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)為23的能力。究其原因,可能是在催化氧化過程中,生成了大量的H+所致:Fe3+H2O2Fe2+HO2+H+HO2+Fe3+Fe2+O2+H+(1)(2)2.2混凝沉降實驗焦化廢水經(jīng)Fenton試劑氧化后,呈黃綠色渾濁狀,其中有亞鐵離子、膠態(tài)氫氧化鐵及原水中未氧化的有機物,如不進行混凝沉降,則Fe(OH)3膠體所吸附的有機物會造成出水COD較大,Fe(OH)3膠

9、體自身也會造成出水色度和懸浮物含量增高,所以,氧化之后進行混凝沉降十分必要。2.2.1混凝pH的確定將按上述最佳氧化條件處理過的水分為6份,每份250mL,調(diào)節(jié)各份水樣的pH值從2依次增大到12,然后每份水樣同時加入2.5mL聚硅硫酸鋁進行混凝沉降實驗。實驗結(jié)果見表3。表3混凝前pH與COD去除率的關(guān)系混凝前pHCOD去除率(%)混凝后pHFenton試劑的這一特性給實際處理帶來了巨大的方便,利用這一特性,在實際處理中,無需加酸調(diào)pH,直接加入Fenton試劑氧化即可,不僅節(jié)省了藥劑費用,而且減少了一次投資,簡化了操作。在以下的實驗中,不再調(diào)節(jié)pH值,直接取焦化廢水(pH=7.81)加入Fen

10、ton試劑進行氧化實驗。2.1.4最佳反應(yīng)時間的選擇從表3可以看到,混凝前pH值控制在7.6時,COD去除率最高。2.2.2混凝劑投加量的確定用NaOH將焦化廢水經(jīng)Fenton試劑氧化后水樣的pH值調(diào)為7.6,然后分為6份,每份250mL。6份水樣的聚硅硫酸鋁投加量從0mL依次增大到4.5mL,其它條件同2.2.1,實驗結(jié)果見圖5。由圖5可以看出,在沒加聚硅硫酸鋁,即混凝劑投72Fenton試劑催化氧化混凝法處理焦化廢水的實驗研究劉紅,等3結(jié)論(1)Fenton試劑氧化混凝沉降處理焦化廢水,最佳處理條件為:將廢水溫度控制在80左右,投加0.6g/LFe2+及7.2g/LH2O2進行氧化,反應(yīng)1

11、.5h后調(diào)pH值在7.6左右,再投加10mL/L的聚硅硫酸鋁進行混凝沉降。(2)在最佳處理條件下,廢水的COD值可由1173.0mg/L降至38.2mg/L,符合國家一級排放標(biāo)加量為0時,COD去除率只有86.4%,投加1mL聚硅硫酸鋁后,COD去除率上升到91.0%,混凝劑投加量為2.5mL時,COD去除率最高。故適宜的混凝劑用量為10.0mL/L,且此時由于聚硅硫酸鋁自身的酸性,使混凝后水的pH值下降為6.8,符合廢水pH的排放標(biāo)準(zhǔn),參見表3。2.3最佳方案和最佳效果用量筒量取250mL焦化廢水,放入250mL燒杯中,將燒杯置于恒溫水浴,使水樣溫度上升到80,然后向水樣中加入0.6g/LF

12、e2+,7.2g/LH2O2,在水浴里反應(yīng)1.5h,取出冷卻到50,調(diào)pH值為7.6,再加入2.5mL自制聚硅硫酸鋁,在六聯(lián)攪拌機上進行混凝實驗?；炷箪o置30min,取上清液測COD,處理條件下,處理后水中殘余COD為38.,率達到96.7%,準(zhǔn),COD去除率達到96.7%。(3)Fenton試劑有調(diào)節(jié)廢水的pH值為2.53.0的特性,這一特性不僅節(jié)省了處理的藥劑費用,而且減少了設(shè)備投資,使工人操作簡化。參考文獻1歐陽福承,佘健.UV+Fe2+H2O2處理焦化廢水中難生J.環(huán)境科學(xué)研究,1990,3(1):20.2,9(4):49.J.哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報,2001,34(5):76.用機制J

13、.環(huán)境科學(xué),2000,21(3):93.(收稿2002210221;修回2003201220)(上接第47頁)國際標(biāo)準(zhǔn),自1991年以來開始發(fā)展針對企業(yè)建立環(huán)境管理體系需要的ISO14000系列,因其設(shè)計的ISO9000質(zhì)量管理體系在全世界的成功推廣,ISO14000出臺后也得到眾多國家的認可,被稱為“全球綠色標(biāo)準(zhǔn)”。WTO協(xié)議中的兩個組成部分與ISO14000是相互關(guān)聯(lián)的。一是TBT協(xié)議,包括所有以產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)定為基礎(chǔ),對進出口商品施加的種種強制性限制。制定、采納和使用標(biāo)準(zhǔn)的良好行為規(guī)范是TBT協(xié)議的附錄3,它涉及的是非強制性標(biāo)準(zhǔn)。它將WTO的國民待遇原則和非歧視原則擴展到自愿執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)

14、中,并說明標(biāo)準(zhǔn)的制定應(yīng)是公開、開放和具透明度的。二是環(huán)境標(biāo)志,由于環(huán)境標(biāo)志可能成為某種產(chǎn)品在某個國家銷售的非正式甚至是官方的要求,導(dǎo)致形成技術(shù)壁壘而涉及到WTO的有關(guān)規(guī)則。但ISO14000系列環(huán)境管理體系和環(huán)境審核標(biāo)準(zhǔn)不涉及環(huán)境行為本身,只是規(guī)定組織機構(gòu)如何實現(xiàn)自我環(huán)境管理并達到其制定的環(huán)境目標(biāo),而不涉及行為的價值和限制、節(jié)能的效率和排放水平。因此其自身并不會導(dǎo)致貿(mào)易保護。生命周期評價(LCA)是ISO14000系列環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品技術(shù)要求的理論依據(jù),是“用來驗證和測量與產(chǎn)品、生產(chǎn)過程或服務(wù)相關(guān)的環(huán)境、能源和資源影響3的一種工具,這種影響包括直接和間接的”。該理論將預(yù)防污染和節(jié)約能源的思想

15、用于新產(chǎn)品的設(shè)計或?qū)ΜF(xiàn)有產(chǎn)品的評估中“,考慮產(chǎn)品開發(fā)全生命周期包括產(chǎn)品設(shè)計、原材料的提取、產(chǎn)品的制造、包裝、銷售和使4用、用后的回收與處置全過程”。目的是使環(huán)境信息更具系統(tǒng)性、整體性。目前,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織已頒布了三項有關(guān)環(huán)境標(biāo)志標(biāo)準(zhǔn):ISO14020,ISO14021,ISO14024,我國已分別于2000年、2001年將上述標(biāo)準(zhǔn)等同轉(zhuǎn)為國家標(biāo)準(zhǔn)。參考文獻1布萊恩布倫納.環(huán)境保護成了新的推銷口號J.國際商業(yè)與管理,1990,(2):42.題研究M.武漢:武漢大學(xué)出版社,1999,4382439.3加拿大國際可持續(xù)發(fā)展研究所(IISD).全球綠色標(biāo)準(zhǔn)ISO14000與可持續(xù)發(fā)展M.北京:中國環(huán)境

16、科學(xué)出版社,1997,77.4夏青.中國環(huán)境標(biāo)志M.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2000,32.(收稿2003205206;修回2003208206)73EnvironmentalScienceandTechnologyAbstractDegradationofWastewaterContainingAnilineandNitrobenzeneUsingAdsorption2bicatalysis2hydrogenPeroxideGENGChun2xiang,ZHANGXiu2xia(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,UniversityofPet

17、roleum,Dongying257061)LIUHong,ZHOUZhi2hui,WUKe2ming(DepartmentofEnvironmentalEngineering,WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430081)Abstract:FentonreagentandacoagulantPASS(polymericalu2minumsilicatesulfate)werebothself2preparedinlaboratoryandusedtotreatcokeplantwastewaterinabench2scaleexperim

18、ent.TheresultsshowedanexcellentreductionofCOD:from1173mg/Lto38.2mg/L.ItwasalsofoundthespecificityofFentonreagenttoadjustpHvaluesofwastewatertoarangeof2.5-3.Keywords:Fentonreagent;chemicaloxidation;flocculation/sedi2mentation;cokeplanteffluentAbstract:ThisstudyfocusedontheactionofFe2+/UV/H2O2indegrad

19、ationofanilineandnitrobenzene.Wastewatercontaininganilineandnitrobenzeneflowedthrougharesin(H2103)columnforprimarytreatmentbyadsorption.Theexperimentalinvestiga2tionshowedaremarkabledecompositionofanilineandnitrobenzenewithremovalsof99.7%and95.3%respectively.Keywords:adsorption;UV2bicatalysis;anilin

20、eandnitrobenzene;degradationANewMethodforTreatingWastewaterofVermicelliProductionUsingBeanAmylumasRawMaterialsSUHong1,ZHANGXiao2jie2,WANGDe2yi1,LIGang1,ZHAOMing1(1.CollegeofandMaterialsEngineering,YantaiUYantai264005;FerrateasaCoagulantforRemovingDisinfectionByproductsandTheirPrecursorsinPotableWate

21、rLIANGHao1,WEIChao2hai1,SHENGXuan2jun2,LIANGYun2lian2(1.InstituteofEnvironmentalScience,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510641;ofandBiologyScience,niversity,Yantai264005)2.InstituteofWaterPurificationofLogisticDepart,GuangzhouMilitaryZone,Guangz)Keywords:beanamylum;vermicelli;wastewatertre

22、atmentAbstract:Ferrateisusedasaandtheirprecursorsin,beengeneratedduringthedisinfectionprocesschlorine.TheexperimentalstudyisconductedbasedonjartestswiththemeasurementsofTOC,THMsandTHMsFP.FerrateisaddedfollowedbydosingPACandremovalofTOCiscomparedwiththatofusingsinglePAC,indicatingtheefficacyofferrate

23、forremovalsofTOCandothers.Thestudyshowsferrateinlieuofpre2chlorinationtoen2hancecoagulationisanidealalternativefortreatmentofrawwatercontaininghighconcentrationofalgae.Keywords:enhancedcoagulation;ferrate;pre2chlorination;disin2fectionbyproducts;precursorFeasibilityStudyforaSewageTreatmentandReclama

24、tionFacilityinNorthwesternRegionYULing2hong1,ZHAOQian2zhu2,CHENYan2feng2(1.CollegeofEnergy/EnvironmentalEngineering,BaotouInstituteofIronandSteelTechnology,Baotou014000;SteelEngineering,Baotou014000)TreatmentofWastewaterContainingAcid2redDyebyFlyAshandFentonZHOUShan,DUDong2yun(DepartmentofChemistry,HubeiTeachersCollege,Huangshi435000)Abstract:Thisstudyisconductedforaprojectofbuil