芬頓和臭氧氧化法深度處理化工廢水的對(duì)比研究

芬頓和臭氧氧化法深度處理化工廢水的對(duì)比研究胡潔;王喬;周珉;許妍;王琴【摘要】隨著我國(guó)水環(huán)境形式的日益嚴(yán)峻以及污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高,傳統(tǒng)的化工廢水二級(jí)處理工藝已經(jīng)不能滿(mǎn)足廢水中污染物的去除要求.在查閱相關(guān)化工廢水處理技術(shù)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,采用芬頓和臭氧氧化技術(shù)對(duì)某化工廠(chǎng)生化處理出水進(jìn)行深度處理研究?研究發(fā)現(xiàn),芬頓最佳反應(yīng)條件為pH為3,Fe2投加量為200mg/L,過(guò)氧化氫投加量為50mg/L,反應(yīng)時(shí)間為2h,此條件下TOC的去除率可以達(dá)到48%;臭氧氧化技術(shù)對(duì)TOC的去除率隨著臭氧投加量的增加而升高.兩者相較而言，相同TOC去除率條件下芬頓氧化技術(shù)成本更低.期刊名稱(chēng)】《四川環(huán)境》年(卷),期】2015(034)004【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P23-26)【關(guān)鍵詞】化工廢水;高級(jí)氧化法;臭氧氧化;芬頓氧化【作者】胡潔;王喬;周珉;許妍;王琴【作者單位】上海化學(xué)工業(yè)區(qū)中法水務(wù)發(fā)展有限公司,上海201507;上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)中法水務(wù)發(fā)展有限公司,上海201507;上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)中法水務(wù)發(fā)展有限公司,上海201507;上海化學(xué)工業(yè)區(qū)中法水務(wù)發(fā)展有限公司,上海201507;上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)中法水務(wù)發(fā)展有限公司,上海201507【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】X703?試驗(yàn)研究?水污染是當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)廣泛關(guān)注的問(wèn)題。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，尤其是化工產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中所排放的高濃度有機(jī)污染物，其中含有的有機(jī)物成分復(fù)雜多變，甚至有毒有害，采用簡(jiǎn)單的物化處理方法無(wú)法完全降解或者轉(zhuǎn)化污染物質(zhì)，而采用生物法，由于難生物降解有毒有害污染物的存在，使得該方法往往難以滿(mǎn)足日益嚴(yán)苛的環(huán)保要求。而高級(jí)氧化法(AOP)作為預(yù)處理可將污染物直接礦化或通過(guò)氧化提高污染物的可生化降解性，降低毒性，作為深度處理可以進(jìn)一步去除難生物降解COD，已引起水處理界越來(lái)越多的關(guān)注［1，2］。高級(jí)氧化技術(shù)(AOP)是近20年來(lái)水處理領(lǐng)域興起的新技術(shù)，通常指在環(huán)境溫度或壓力下通過(guò)產(chǎn)生具有高反應(yīng)活性的羥基自由基(QH)來(lái)氧化降解有機(jī)污染物的處理方法。其中，芬頓氧化法和臭氧氧化法作為高級(jí)氧化技術(shù)中的常用技術(shù)，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)吸引了最多的關(guān)注。芬頓氧化法是通過(guò)芬頓試劑，即亞鐵鹽和過(guò)氧化氫的組合來(lái)產(chǎn)生具有很強(qiáng)氧化能力的羥基自由基(?OH),從而氧化降解有機(jī)污染物。芬頓氧化技術(shù)(Fe2+/H2O2)具有高效，選擇性小，對(duì)壓力溫度等反應(yīng)條件要求低，反應(yīng)速度快等特點(diǎn)［3，4］。臭氧氧化法是在通過(guò)臭氧常溫常壓下分解產(chǎn)生的羥基自由基(QH)氧化水中的有機(jī)污染物。臭氧氧化能力強(qiáng)，能與許多有機(jī)物或官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，對(duì)除臭，脫色，殺菌，去除有機(jī)物效果明顯，處理后廢水中臭氧易分解，不產(chǎn)生二次污染［5~7］。本實(shí)驗(yàn)對(duì)芬頓氧化和臭氧氧化兩種高級(jí)氧化技術(shù)深度處理化工生化處理出水效果研究和比較，考察芬頓試劑投加量和臭氧投加量對(duì)去除總有機(jī)碳(TOC)的影響，確定最佳工藝條件；同時(shí)比較兩種高級(jí)氧化技術(shù)的優(yōu)劣，進(jìn)行成本核算，為化工廢水深度處理工藝的選擇作初步探索。此次實(shí)驗(yàn)廢水來(lái)自某化工污水處理廠(chǎng)經(jīng)生化處理后的出水，出水水質(zhì)CODcr平均值為83mg/L,TOC平均值為33mg/L，氨氮平均值為2.4mg/L，總磷平均值為0.45mg/L。該廠(chǎng)現(xiàn)執(zhí)行上海市污水綜合排放(DB31/199-2009)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。(1)試劑高純氧099.99%);淀粉、硫代硫酸鈉、碘化鉀、過(guò)氧化氫溶液(30%)、七水合硫酸亞鐵、硫酸(98%)和氫氧化鈉均為分析純。(2)儀器OzoniaLab2B臭氧發(fā)生器；余姚市銀環(huán)流量?jī)x表有效公司LZB-3B氣體流量計(jì)；武漢市梅宇儀器有限公司MY3000-6C智能型混凝試驗(yàn)攪拌儀；日本島津TOC-VCPHTOC分析儀。(3)分析方法HJ501總有機(jī)碳測(cè)定燃燒氧化-非分散紅外吸收法；CJ3028.2-94臭氧測(cè)定碘量法。(1)芬頓實(shí)驗(yàn)方法與裝置芬頓實(shí)驗(yàn)采用燒杯試驗(yàn)法。在一系列的250mL燒杯中盛入100mL的生化處理后出水，利用六連攪拌器使溶液處于快速攪拌的狀態(tài)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求加入硫酸調(diào)節(jié)其pH為3后，加入一定量的過(guò)氧化氫和硫酸亞鐵，反應(yīng)2h。反應(yīng)結(jié)束后加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)水樣pH至7.5左右，然后靜置2h取上清液作水質(zhì)分析，反應(yīng)裝置如圖1所示。臭氧反應(yīng)器采用的是定制的帶有臭氧曝氣裝置的4L玻璃反應(yīng)器。臭氧是由臭氧發(fā)生器以高純度的氧氣為氣源產(chǎn)生，其功率可以調(diào)節(jié)以改變臭氧發(fā)生濃度。第二旁路用于臭氧濃度的測(cè)定，過(guò)量的臭氧由第三旁路KI溶液吸收，反應(yīng)裝置如圖2所示。⑴H2O2投加量對(duì)TOC去除效果的影響控制pH為3,Fe2+投加量為300mg/L，過(guò)氧化氫投加量分別為50、100、200、300mg/L，反應(yīng)時(shí)間為2h，測(cè)定不同過(guò)氧化氫投加量對(duì)TOC去除效果的影響，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，過(guò)氧化氫投加量從50mg/L增加到300mg/L,TOC的去除率變化很小，均在45%左右，這一研究結(jié)果與汪林等［8，9］人的相似。在H2O2濃度較低的情況下，隨著H2O2濃度的提高，產(chǎn)生的?OH也隨之增加；但是當(dāng)H2O2濃度過(guò)高時(shí)，多余的H2O2不能通過(guò)分解產(chǎn)生更多的羥基自由基，反而會(huì)在反應(yīng)初始將Fe2+氧化為Fe3+，使反應(yīng)在Fe3+的催化下進(jìn)行，不僅抑制了?OH的產(chǎn)生，而且浪費(fèi)了H2O2。對(duì)于試驗(yàn)水樣來(lái)說(shuō)，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，當(dāng)過(guò)氧化氫的濃度超過(guò)50mg/L時(shí)，TOC的去除率變化不明顯。⑵Fe2+投加量對(duì)TOC除效果的影響控制pH為3,過(guò)氧化氫投加量為50mg/L,Fe2+投加量分別為50、100、150、200、300mg/L，反應(yīng)時(shí)間為2h，測(cè)定不同F(xiàn)e2+投加量對(duì)TOC去除效果的影響，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，F(xiàn)e2+投加量在200mg/L時(shí)，TOC去除率最高，達(dá)到48%。投加量在50mg/L到200mg/L的范圍內(nèi)，TOC的去除率隨著Fe2+投加量的增加而升高，高于200mg/L,TOC去除率開(kāi)始下降。Fe2+作為催化劑，投加量的大小需根據(jù)過(guò)氧化氫的濃度來(lái)確定。投加量太小，導(dǎo)致?OH的產(chǎn)生量低且速率慢，降解過(guò)程受到抑制；投加量太大，F(xiàn)e2+會(huì)還原產(chǎn)生的?OH生成Fe3+，不僅消耗氧化劑還會(huì)增加出水色度。因此，可以考慮200mg/L為Fe2+的最佳投加量。在試驗(yàn)水樣pH為中性條件下，不同臭氧投加量對(duì)TOC去除效果的影響如圖5所示。由圖5可以看出，當(dāng)臭氧投加量為139mg/L時(shí)，TOC的去除率為26%;當(dāng)臭氧投加量增加一倍，達(dá)到278mg/L時(shí)，TOC的去除率增加為40%;當(dāng)臭氧投加量達(dá)到835mg/L時(shí)，TOC的去除率可以達(dá)到66%。TOC的去除率隨著臭氧投加量的增加而升高，但是增加幅度逐漸減小，這一研究結(jié)果與楊德敏等［10，11］人的相似。如果進(jìn)一步提高臭氧投加量，TOC的去除率可能會(huì)進(jìn)一步提升，但是在實(shí)際運(yùn)行中需要考慮處理成本。當(dāng)臭氧投加量為139mg/L時(shí)，TOC出水即可達(dá)到上海市污水綜合排放（DB31/199-2009）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。若要到達(dá)與芬頓氧化技術(shù)相同的TOC去除率48%，則臭氧投加量需為417mg/L。從TOC去除效果來(lái)看，對(duì)于芬頓氧化技術(shù)，當(dāng)過(guò)氧化氫和Fe2+達(dá)到最佳投加量50mg/L和200mg/L時(shí)，TOC的去除率可以達(dá)到48%；對(duì)于臭氧氧化技術(shù)，若要達(dá)到相同的TOC去除率，臭氧投加量需達(dá)到417mg/L。從運(yùn)行管理角度來(lái)看，對(duì)于芬頓氧化技術(shù)，不需要高溫高壓，設(shè)備簡(jiǎn)單，但是使用的藥劑種類(lèi)多，反應(yīng)條件苛刻、對(duì)設(shè)備的防腐要求高，反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生鐵泥，增加處理成本；對(duì)于臭氧氧化技術(shù)，原料來(lái)源易得且運(yùn)輸方便，反應(yīng)后氧化物轉(zhuǎn)化成氧氣和水，不產(chǎn)生二次污染，但是臭氧發(fā)生器電耗較高，由于臭氧的強(qiáng)氧化性會(huì)對(duì)設(shè)備管道造成腐蝕，且臭氧超過(guò)一定濃度會(huì)對(duì)人體造成傷害。從處理成本角度來(lái)看，對(duì)于芬頓氧化技術(shù)，在芬頓試劑的最佳投加量條件下，即過(guò)氧化氫和Fe2+的投加量分別為50mg/L和200mg/L，處理每噸試驗(yàn)廢水需要花費(fèi)的能耗費(fèi)用，藥劑成本以及后續(xù)污泥處理成本總共約為4.5元（能耗費(fèi)用：0.7元/KWh；30%過(guò)氧化氫：1800元/t；七水合硫酸亞鐵：300元/t:污泥