Fenton试剂催化氧化_混凝法处理焦化废水的实验研究

1、Fenton试剂催化氧化混凝法处理焦化废水的实验研究刘红,等Fenton试剂催化氧化混凝法处理焦化废水的实验研究刘红,周志辉,吴克明(武汉科技大学化工资源与环境学院,武汉430081)摘要:用Fenton试剂结合自制聚硅硫酸铝对焦化废水进行了催化氧化混凝试验研究,选择了最佳的工作条件。结果表明,经氧化混凝处理后废水的COD从1173mg/L降至38.2mg/L,去除率达96.7%。研究中还发现,Fenton试剂具有将废水的pH值调节为2.53的特性,为该工艺实际处理焦化废水提供了科学依据。关键词:Fenton试剂;化学氧化;混凝沉降;焦化废水中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1003

2、26504(2004)0120071203Fenton试剂是由H2O2和Fe2+混合得到的一种强氧化剂,由于其能产生氧化能力很强的OH自由基,在处理难生物降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水时,具有反应迅速,温度和压力等反应条件缓和且无二次污染等优点。因此,近30年来越来越受到国内外环保工作者的广泛重视。废水,其组成复杂,哚和喹啉等有机物外,染物,COD仍高于国家排放标准,且色度和气味较重,若直接外排会对环境构成严重污染。曾有报道1用紫外光催化Fenton试剂氧化法处理焦化废水,对其可行性进行了初步探讨,但光源的问题使该法难以在我国达到工业化应用2。本文采用Fenton试剂氧化联合聚硅硫酸铝混

3、凝沉降的方法,对气浮一隔油后的焦化废水进行了试验研究,获得了良好的效果,为该工艺实际处理焦化废水提供了科学依据。1试验方法1.1Fenton试剂氧化试验方法酸铝(自制,摩尔比AlSi=11,CAl=CSi=0.05mol/L)进行混凝沉降实验。混凝时,先快搅(150r/min)1min,再慢搅(50r/min)5min,静置后,取上清液测COD等项目。;HH25型化学耗氧量测定2623型定时变速搅拌机;六联恒温水浴锅。2结果与讨论2.1氧化实验2.1.1H2O2投加量的影响取6个烧杯,各加入250mL焦化废水,按顺序分别加入1.5,3.0,4.5,6.0,7.5,9.0,10.5g/L30%的

4、H2O2溶液,其它条件均控制为:Fe2+=0.4g/L,pH=3.0,反应温度75,反应时间1.5h,进行氧化实验。氧化后,将水样的pH用NaOH调节在7.6左右,投加2.5mL聚硅硫酸铝进行混凝沉降实验。静置30min后,下层为黄色絮凝沉淀物,上清液清澈透明,无色无味。取上清液测COD,实验数据如图1所示。试验水样取自武钢焦化厂,为未经生化处理的均和池中废水,pH=7.81,COD为1173mg/L。试验在250mL烧杯中进行,取250mL水样调pH值,放入恒温水浴中加热到设定温度,加入一定量现配(NH4)2Fe(SO4)2,一次性加入30%的H2O2溶液,搅拌,待氧化反应完成后,稍冷片刻再

5、进行混凝沉降试验。所用试剂皆为分析纯。1.2混凝沉降试验方法将Fenton试剂氧化后水样调pH值,投加聚硅硫作者简介:刘红(1964-),女,副教授,硕士,主要从事工业水处理研究。由图1可见,当H2O2投加量在7.210.5g/L时,COD去除率为96.7%97.2%,表明用Fenton试剂和混凝沉降处理焦化废水效果显著。为了降低药耗,并保证处理效果,将H2O2投加量选为7.2g/L。2.1.2Fe2+投加量的影响71环境科学与技术第27卷第2期2004年3月固定H2O2的投加量为7.2g/L,改变Fe2+加入量,其它条件同上,结果如图2所示。H2O2和Fe2+的投加量分别为7.2g/L和0.

6、6g/L,反应温度为75,反应时间从30min依次增加到180min,实验结果如表1。表1反应时间的影响水浴时间(min)COD(%)1209215091表1说明:30min的反应时间足以氧化降解水中由图2可以看到,Fe2+投量不足,产生的OH数量相对较少,氧化效果差;而Fe2+投量过大时,COD去除率亦有所下降,这可能是当催化剂Fe2+用量大时:(1)会过快产生羟自由基,尚来不及与有机分子反应就已发生湮灭,使降解效率下降;(2)过多的Fe2+会被H2O2氧化为Fe3+,消耗了氧化剂而使出水COD增高。此外,大量Fe3+的胶态水解产物Fe(OH)3在混凝沉降时,还会产生大量的污泥,增加后续处理

7、的负荷和费用。适宜的Fe2+投量范围为0.60.8g/L,此时,H2O2与Fe2+摩尔比为H2O2/Fe2+=12191。2.1.3pH的选取绝大部分有机物,这与文献4的研究结果一样,此时残余COD为118.2mg/L,COD去除率达到89.9%。反应时间为90min时处理效果最好,延长反应时间,残余COD反而略有升高,这可能是一些难以氧化的有机物在较长的反应时间后,发生了不完全氧化,造成CC键断裂,每个大分子生成2个以上小分子,使测得的残余COD值增大。2.1.5反应温度的影响实验结果见表2,90min,从表2可看到,随温度升高。考虑到经济因素和设,80。COD去除率的关系)(COD去除率(

8、%)研究表明3,用Fenton,值为23。笔者在研究时发现,p,氧化效果较好见图3,实验结果见图:虽然废水本身的pH值为7.81,但是当加入Fenton试剂后,体系的pH值瞬间即变为2.53,即Fenton试剂有自动将反应体系的pH值调节为23的能力。究其原因,可能是在催化氧化过程中,生成了大量的H+所致:Fe3+H2O2Fe2+HO2+H+HO2+Fe3+Fe2+O2+H+(1)(2)2.2混凝沉降实验焦化废水经Fenton试剂氧化后,呈黄绿色浑浊状,其中有亚铁离子、胶态氢氧化铁及原水中未氧化的有机物,如不进行混凝沉降,则Fe(OH)3胶体所吸附的有机物会造成出水COD较大,Fe(OH)3胶

9、体自身也会造成出水色度和悬浮物含量增高,所以,氧化之后进行混凝沉降十分必要。2.2.1混凝pH的确定将按上述最佳氧化条件处理过的水分为6份,每份250mL,调节各份水样的pH值从2依次增大到12,然后每份水样同时加入2.5mL聚硅硫酸铝进行混凝沉降实验。实验结果见表3。表3混凝前pH与COD去除率的关系混凝前pHCOD去除率(%)混凝后pHFenton试剂的这一特性给实际处理带来了巨大的方便,利用这一特性,在实际处理中,无需加酸调pH,直接加入Fenton试剂氧化即可,不仅节省了药剂费用,而且减少了一次投资,简化了操作。在以下的实验中,不再调节pH值,直接取焦化废水(pH=7.81)加入Fen

10、ton试剂进行氧化实验。2.1.4最佳反应时间的选择从表3可以看到,混凝前pH值控制在7.6时,COD去除率最高。2.2.2混凝剂投加量的确定用NaOH将焦化废水经Fenton试剂氧化后水样的pH值调为7.6,然后分为6份,每份250mL。6份水样的聚硅硫酸铝投加量从0mL依次增大到4.5mL,其它条件同2.2.1,实验结果见图5。由图5可以看出,在没加聚硅硫酸铝,即混凝剂投72Fenton试剂催化氧化混凝法处理焦化废水的实验研究刘红,等3结论(1)Fenton试剂氧化混凝沉降处理焦化废水,最佳处理条件为:将废水温度控制在80左右,投加0.6g/LFe2+及7.2g/LH2O2进行氧化,反应1

11、.5h后调pH值在7.6左右,再投加10mL/L的聚硅硫酸铝进行混凝沉降。(2)在最佳处理条件下,废水的COD值可由1173.0mg/L降至38.2mg/L,符合国家一级排放标加量为0时,COD去除率只有86.4%,投加1mL聚硅硫酸铝后,COD去除率上升到91.0%,混凝剂投加量为2.5mL时,COD去除率最高。故适宜的混凝剂用量为10.0mL/L,且此时由于聚硅硫酸铝自身的酸性,使混凝后水的pH值下降为6.8,符合废水pH的排放标准,参见表3。2.3最佳方案和最佳效果用量筒量取250mL焦化废水,放入250mL烧杯中,将烧杯置于恒温水浴,使水样温度上升到80,然后向水样中加入0.6g/LF

12、e2+,7.2g/LH2O2,在水浴里反应1.5h,取出冷却到50,调pH值为7.6,再加入2.5mL自制聚硅硫酸铝,在六联搅拌机上进行混凝实验。混凝后静置30min,取上清液测COD,处理条件下,处理后水中残余COD为38.,率达到96.7%,准,COD去除率达到96.7%。(3)Fenton试剂有调节废水的pH值为2.53.0的特性,这一特性不仅节省了处理的药剂费用,而且减少了设备投资,使工人操作简化。参考文献1欧阳福承,佘健.UV+Fe2+H2O2处理焦化废水中难生J.环境科学研究,1990,3(1):20.2,9(4):49.J.哈尔滨建筑大学学报,2001,34(5):76.用机制J

13、.环境科学,2000,21(3):93.(收稿2002210221;修回2003201220)(上接第47页)国际标准,自1991年以来开始发展针对企业建立环境管理体系需要的ISO14000系列,因其设计的ISO9000质量管理体系在全世界的成功推广,ISO14000出台后也得到众多国家的认可,被称为“全球绿色标准”。WTO协议中的两个组成部分与ISO14000是相互关联的。一是TBT协议,包括所有以产品标准和技术规定为基础,对进出口商品施加的种种强制性限制。制定、采纳和使用标准的良好行为规范是TBT协议的附录3,它涉及的是非强制性标准。它将WTO的国民待遇原则和非歧视原则扩展到自愿执行的标准

14、中,并说明标准的制定应是公开、开放和具透明度的。二是环境标志,由于环境标志可能成为某种产品在某个国家销售的非正式甚至是官方的要求,导致形成技术壁垒而涉及到WTO的有关规则。但ISO14000系列环境管理体系和环境审核标准不涉及环境行为本身,只是规定组织机构如何实现自我环境管理并达到其制定的环境目标,而不涉及行为的价值和限制、节能的效率和排放水平。因此其自身并不会导致贸易保护。生命周期评价(LCA)是ISO14000系列环境管理标准的产品技术要求的理论依据,是“用来验证和测量与产品、生产过程或服务相关的环境、能源和资源影响3的一种工具,这种影响包括直接和间接的”。该理论将预防污染和节约能源的思想

15、用于新产品的设计或对现有产品的评估中“,考虑产品开发全生命周期包括产品设计、原材料的提取、产品的制造、包装、销售和使4用、用后的回收与处置全过程”。目的是使环境信息更具系统性、整体性。目前,国际标准化组织已颁布了三项有关环境标志标准:ISO14020,ISO14021,ISO14024,我国已分别于2000年、2001年将上述标准等同转为国家标准。参考文献1布莱恩布伦纳.环境保护成了新的推销口号J.国际商业与管理,1990,(2):42.题研究M.武汉:武汉大学出版社,1999,4382439.3加拿大国际可持续发展研究所(IISD).全球绿色标准ISO14000与可持续发展M.北京:中国环境

16、科学出版社,1997,77.4夏青.中国环境标志M.北京:中国环境科学出版社,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