【絮凝沉降结合Fenton法处理防锈包装材料废水】 絮凝法处理印染废水
时间：2019-01-23 03:32:28 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：本实验涉及的防锈包装材料的设备清洗废水进水CODCr达到9606mg/l，且其中含有能抑制微生物生长的难降解有机物。利用絮凝沉降法与Fenton法结合对该防锈材料包装厂的设备清洗废水进行生化处理前的预处理。实验结果表明，经过一次絮凝后CODCr由原来的9800mg/l降至5982mg/l，B/C值由原来的0.12升至0.21，仍然不适宜生化处理。经过Fenton法处理后CODCr最终降至3175mg/l，B/C值提升至0.52，适合后续生化处理。
关键词：Fenton法；絮凝沉降；B/C
中图分类号：TQ0 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）0020(C)-0216-03
一、引言
防锈材料的制造过程中会使用到金属缓蚀剂，商业化的缓蚀剂通常是多种表面活性剂的混合物，起缓蚀作用的主要是烷氧基胺、季胺、其它胺的衍生物及含有氧、硫或磷的化合物等[1]。本研究中涉及的废水有以下几个特点：初始CODCr浓度高，达9600mg/l以上；并且其中的某些物质对微生物具有抑制作用，不宜直接进行生物处理；水量小，日水量为2―3吨。
对于高浓度废水的处理一般采用稀释法，将大量生活污水与其混合以提高其可生物降解性，该方法虽然易于操作，但缺点也很明显，即需要大量的生活污水建成后的场地规模过于巨大，对于少量高浓度废水的处理不经济。另一种研究中的热点方法为，厌氧颗粒污泥膨胀床，这一技术常被用于低浓度有机废水的处理，颜智勇[2]将其进行了改进从而可以运用于高浓度有机废水的处理。以上两种方法由于经济性问题均不适宜用作少量高浓度有机废水的处理。因此本研究考虑将絮凝沉降法结合Fenton法用作废水预处理并后接生化处理。
Fenton试剂最早由法国科学家H.J.H Fenton于1894年在研究中发现。1964年，H.R.Eisenhouser首次将Fenton试剂用于处理苯酚及烷基苯废水，开创了Fenton试剂在环境污染物处理中应用的先例；1968年，研究人员成功地把Fenton试剂用于城市污水中难降解的有机物的氧化去除。近年来，随着对绿色工艺和清洁生产的日益重视，对于Fenton反应这种无二次污染的绿色水处理方法的研究很活跃，关于其反应机理的研究也取得了较好的成果[3]。Fenton试剂中的亚铁离子和过氧化氢在酸性条件下共存时生成的羟基自由基具有很高的电极电位[4]，氧化能力仅次于氟，见表1。
表1常见氧化剂的标准电极电位
羟基自由基具有很高的电负性或亲电性，其电子亲和能力达569.3 kJ/mol，具有很强的加成反应特性。因而，Fenton试剂可无选择地氧化水中的大多数有机物，特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水的氧化处理。因此，Fenton试剂在废水处理中的应用具有特殊意义，在国内外受到普遍重视[4]。
二、实验部分
（一）废水水质
实验中使用到的废水CODCr为9606mg/l，pH值为12.7。废水呈蓝色，有刺激性气味。
（二）试剂和仪器
H2O2：（体积分数为30%），FeSO4•7H2O，NaOH，H2SO4，聚丙烯酰胺（PAM），水处理凝集剂（PAC-250A TAKI CHEMICAL CO.,LTD.）
雷磁PH-S-3C精密pH计；COD恒温加热器LB-901（A）；870型直读BOD5测定仪。
（三）实验方法
絮凝法处理：取废水400ml置于500ml烧杯中（同时做多个样以便后续步骤中有足够的上清液，指标数据取平均数，下同），用H2SO4调节pH为7，再向溶液中加入一定量的PAC，充分快速搅拌一定时间，加入PAM并缓慢搅拌一段时间，静置，取上层清夜测定CODCr。
Fenton试剂处理：取经过一次絮凝后的废水上层清夜400ml，置于500mL烧杯中，用H2SO4调节pH值为3[5]，再向溶液中依次加入一定浓度的FeSO4•7H2O和H2O2，反应一定时间后调节废水pH至7，静置，取上层清液测定CODCr。
（四）分析方法
化学需氧量测定方法按照GB11914―89重铬酸盐法，生化需氧量测定方法按照GB/T7488―1987稀释与接种法[6]。
三、结果与讨论
（一）絮凝沉降法的去除效果
利用絮凝沉降法能够以较低的成本去除废水中的部分CODCr。试验时首先加入无机絮凝剂聚合氯化铝来破坏悬浮胶体的稳定性，然后再加入有机高分子絮凝剂促使悬浮性和胶体性物质相互接触，将分散相牵连一起使颗粒形成聚集体而沉降。当使用这种方法时，废水中溶解性CODCr越少，其去除率就越高。
1、PAC用量对于CODCr去除效果的影响
向已将pH调至7的400ml废水中分别加入2ml、3ml、4mlPAC，在磁力搅拌器上快速搅拌10分钟，然后加入0.2mlPAM并缓慢搅拌，静置30分钟后取上层清液测定CODCr。不同PAC加入量的CODCr去除率的对比如图1所示。
图1不同PAC加入量对于CODCr去除率的影响
其中原水的CODCr为9800mg/l，分别加入2ml、3ml和4ml的PAC后CODCr数值分别达到6812mg/l、6010mg/l和6840mg/l，均有下降。COD的去除率最低为加入4ml的实验组，为30.2%，最高为加入3ml的实验组，为38.7%。综合上述结果并考虑用量尽可能少的原则，因此，在本实验中，每400ml废水中加入3mlPAC的效果最佳。
2、二次絮凝沉降对CODCr去除效果的研究
第一次絮凝沉降后，将所得废水过滤并再对其使用一次絮凝沉降法，即二次沉降。本次试验中，将二次沉降作为与后文所述的Fenton法作为对比试验。
取第一步絮凝沉降处理后所得的上清液400ml，向其中再加入3mlPAC，其他步骤同一次絮凝。图2所示即为二次沉降后的CODCr去除效果。
图2二次沉降后CODCr的去除效果
二次沉降后，CODCr从一次沉降后的6010mg/l降低到5182mg/l，进一步下降了13.7%，总体去除率为47%。
（二）Fenton法的去除效果
影响Fenton试剂效果的因素主要包括pH值及亚铁离子及过氧化氢的质量比。本次试验在加入Fenton试剂前将pH值调至3，并且在400ml废水中加入0.5g固体FeSO4•7H2O和2ml30%的H2O2溶液[7]。
1、原水直接加入Fenton试剂
向400mlpH值调至3的废水中直接加入Fenton试剂，搅拌一段时间后将pH值调至7使铁离子以氢氧化铁的形式得以沉淀。静置后，取上层清液测定CODCr。得到的CODCr去除效果与直接絮凝法的比较如图3所示。
图3直接Fenton法与一次絮凝沉降法的CODCr去除效果比较
直接加入Fenton试剂的去除效果不佳，CODCr从原来的9800mg/l下降到了7949mg/l，去除率仅为18.9%，低于一次絮凝38.7%的去除率，也低于二次絮凝的47%的去除率。因此不宜直接使用Fenton法，而应考虑在一次絮凝后加入Fenton试剂。
2、一次絮凝后加入Fenton试剂
取一次沉降后获得的上清液400ml，调节pH值到3后并向其中加入Fenton试剂，其余操作步骤与3.2.1相同。得到的CODCr去除效果如图4所示。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 图4一次絮凝+Fenton试剂对CODCr的去除效果比较
一次絮凝后加入Fenton试剂可使CODCr从原水的9800mg/l降至3175mg/l，去除率提高到了67.3%，比二次絮凝的47%还要高。可见Fenton试剂的确表现出了较强的氧化能力。
（三）Fenton法对B/C值的影响
B/C值是BOD5与CODCr数值的比值，也是废水可生化性的表征指标，B/C值越大表明该废水的可生化性越强。
表2所示的是一次絮凝后的BOD5及Fenton法处理后的BOD5的数值以及其对应的B/C值。从中可以看出，经过Fenton法处理后B/C值有了较大幅度的提升，从0.21提升至了0.52。从而使得废水更适合生化法处理。
表2一次絮凝后及Fenton法处理后的可生化性比较
四、基于絮凝沉降―Fenton氧化方法的工艺设计
在以上实验结果的基础上，将工艺设计成絮凝沉降法结合Fenton法的废水处理工艺。整个处理步骤如图5所示，
图5絮凝沉降法结合Fenton法的处理步骤设计
废水首先进入调节池，用硫酸调节其pH值，进入一号反应池后加入药剂使其絮凝沉淀。污泥沉降并外排后上层清液进入二号反应池，在该反应池中使用Fenton法处理污水，期间要调节pH值以促进反应进行和沉淀分离。接下来进入生化反应池进行生化去除，期间如果能加入生活污水可进一步增加其生化性从而提高去除效率。
五、结论
某防锈包装材料废水中存在能抑制微生物生长的有机物，且CODCr达到10000mg/l左右，不适宜直接用生物法降解。本实验将Fenton法与絮凝沉降法结合，首先采用絮凝沉降法去除较大颗粒的有机物，然后利用Fenton试剂的强氧化性氧化废水中的难降解有机物和会抑制微生物生长的有毒有机物。
首先采用加入PAC的絮凝沉降法可使废水的CODCr降低36.7%，随后用Fenton法处理上层出水可以再使CODCr下降，使得总体CODCr下降幅度达到67.3%，使原本10000mg/l左右的CODCr浓度降低至3200mg/l左右，并且B/C值从一次絮凝后的0.21提升至0.52，提高幅度达到148%。说明Fenton法的强氧化性降解了能够抑制微生物生长的物质从而使得下一步的生化处理成为可能。
作者单位：王� 薛斌杰 冉献强 上海同济科蓝环保设备有限公司
王� 范建伟 同济大学环境科学与工程学院
参考文献：
[1]鲁照玲.近中性CO2饱和盐水溶液中缓蚀剂在碳钢表面吸附和缓蚀行为的研究.华中科技大学.博士论文,2007.
[2]颜智勇.厌氧颗粒污泥膨胀床处理高浓度有机废水的工艺与设备化研究.华南理工大学.博士论文,2004.
[3]相欣奕等.Fenton反应处理染料废水研究进展[J].重庆建筑大学学报,2004,26(4):126-130.
[4]谢银德,陈锋,何建军等.Photo―Fenton反应研究进展[J].感光科学与光化学,2000,18(4):357-365.
[5]T.H.Kim,C.H.Park,J.M.Yang,et al.Comparison of disperse and reactive dye removals by chemical coagulation and Fenton oxidation.Journal of Hazardous Materials B.2004,112(1-2):95-103.
[6]国家环保局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].第4版.北京:中国环境科学出版社,2002.216-219.
[7]叶招莲,陈育红.催化氧化处理酸性染料废水[J].环境保护,2001,23:4-6.
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