超声电解与fenton试剂联合处理焦化废水的试验

超声、电解与Fenton试剂联合处理焦化废水的试验研究许海燕，刘亚菲，唐文伟，李义久，倪亚明(同济大学化学系，上海200092)摘要:焦化废水是一类很难处理的工业废水，目前主要采用A/O、A2/O生化方法进行处理，但生化处理后的焦化废水色度高，含有大量生物难降解有机物，还不能达到国家规定的排放标准。本文采用Fenton试剂氧化生化处理后的焦化废水，并辅以超声、DSA电极电解技术催化反应，确定了合适的Fenton试剂氧化和混凝条件，处理后废水色度从1000度以上降至50度以下，CODCr去除率超过80％，其他污染指标的去除效果明显。采用超声、DSA电极催化，不仅对Fenton试剂的处理效果有明显的改善，并可以有效降低Fe2+H2O2的用量，缩短反应时间，具有良好的应用前景．关键词:焦化废水；催化氧化；Fenton；超声；DSA电极；脱色StudyOnthetreatmentforCokingPlantWastewaterwithUltrasonic，ElectricityCatalyzingFenton'sReagentLiuYafei，XuHaiyan，TangWenwei，LiYijiu，NiYaming(TongjiUniversity，Shanghai,200092)Abstract:Thecokingplantwastewaterisakindofindustrywastewaterwhichisdifficulttodealwith.ThemainbiochemicaltechniquesuchasA/OandA2/Oareusedtodealwiththewastewater.Butafterbiochemicaltreatmentitstillhasverydeepcolorandcontainsmanykindsofpollutants.Asaresult,itcannotbeemitteddirectly.InthisthesisUltrasonic,electricityandFenton'sreagentareusedtooxidizethecokingplantwastewater.ThistreatmenttechnologyCanefficientlydecolorthewastewaterfrom1000timesto50timesorevenlower,thetotalremovedrateofCODcrismorethan80%,andmanyotherpollutants'concentrationdecreasedgreatly.Furthermore,theapplicationofUltrasonicandDSAelectrodewillimprovetheeffectofoxidation,reducethedosageofFe2+,andH2O2andshortenthereactiontime,whichwillbelikelytoputintoapplicationinthefuture.Keywords：CokingPlantWastewater,Catalyticoxidation,Fenton'sreagent,Ultrasonic,DSAelectrode，decolor焦化废水种类多，有机组分复杂，目前国内主要采用A/O、A2/O生化方法进行处理，但生化处理后的焦化废水色度高，含有大量生物难降解有机物，还不能达到国家规定的排放标准。对生化处理后的焦化废水，一般采用活性炭吸附来脱色、去除COD，但该工艺设备庞大，且初投资和运行成本均比较高，所以寻找经济有效的处理焦化废水的方法一直是废水处理领域的难题之一。李义久等[1]采用复合氯氧化剂处理焦化废水，色度从140倍降至60倍以下，其它污染指标亦明显降低。近二十年来，Fenton试剂在废水处理中的应用在国内外受到普遍重视[2，3]。研究表明Fenton试剂处理含酚废水对酚、CODCr、TOC都有较好的去除率[4]。利用光、电、声、磁催化氧化技术处理有机废水，尤其是难于生化降解的"三致"(致癌、致畸、致突)有机污染物，是当前世界水处理技术研究中相当活跃的领域[5]。本文采用Fenton试剂，并辅以超声和准稳态阳极（DSA电极）催化，对生化处理后的焦化废水作进一步的氧化处理，处理后水质达到国家一级排放标准，且大大缩短了反应时间。1实验部分1.1实验装置氟离子选择性电极(上海雷磁仪器厂)；氰离子选择性电极(上海雷磁仪器厂)；磁力搅拌器(JB一I)(上海雷磁仪器厂)；DSA类电极(SnO2、Sb2O3涂布Ti电极，自制，有效接触面积为18cm2)；超声波发生器(中科院上海声学实验室)，功率70W。1.2样品来源废水取自某钢铁集团化工公司生化处理后的焦化废水，主要污染物指标见表1。宋色度节F亦-静/(mg.L拔-1鹿)课CN盗-1纯/(mg.L倚-1意)筝COD兰Cr穷/(mg.L糕-1蠢)绘NH辅3后-N/(mg额.L雄-1顿)院1012来23.9们3.7想223.9期9.661.3实验方法（1）取水样500mL，用硫酸调节pH值，加入一定量的Fe2+和H2O2(Fenton试剂)，置于30℃恒温水浴锅中恒温一定时间，再用石灰水调节pH值，加入絮凝剂FeCl3，助凝剂PAM，沉降后，过滤，取样测定CODCr、色度、氨氮、CN-、F-。（2）上述实验中在加入Fenton试剂的同时，导入超声电极进行实验，其余步骤相同。（3）上述实验中在加入Fenton试剂的同时，导入DSA电极进行实验，其余步骤相同。2结果与讨论2.1确定Fenton试剂最佳氧化--混凝沉淀条件综合考虑影响Fenton试剂氧化和混凝沉降效果的因素：pH值、H2O2浓度、Fe2+的浓度、反应温度、FeCl3的浓度和PAM的浓度，根据实际的工况条件，对实验过程做了以下几方面的限制：(1)考虑实际成本问题，控制H2O2的浓度尽可能低；(2)pH控制在3～4；[6](3)由于实际生化处理出水温度为30℃以上，因此试验温度定为30℃；(4)反应时间为2.5小时。为此，设计了以H202的浓度、Fe2+的浓度、FeCl3的浓度和PAM的浓度为变量的4因素3水平的L9(34)正交试验，如表2所示，试验结果列于表3。表2正交试验因素水平载水样哀（困500m搁l抵）帮H逝2横O戒2旗/(mg.L咏-1)绘Fe贷2鸽＋撕/(mg.L般-1通)计FeCl成3值/(mg.L盆-1皇)惩PAM/(m组g.L昂-1风)铸1若200馆80闭20帅4焦2规250初160捏24强4.8允3均280犯200疲30从6表3正交试验结果伐水坚样年(只500ml)着H翻2刊O衡2坊/(mg.L厕-1边)盘Fe希2+脊/(mg.L围-1桃)罢FeCl怠3惕/(mg.L叫-1腥)倘PAM/(m俩g.L提-1虾)罪COD/(m版g.L取-1典)捏CO雾D炕去除刺率珍/%为1塞200剩80防20规4畏168.5桂24043旺2课200字160或24极4.8术43.25害80.68附3执200创200存30斩6叮90.01赴59.64钱4肺250渔80宫24屠6之159.9缓28.29犯5翁250酒160柜30符4娘70.13档68.55凯6聚250萄200喜20迎4.8默94.67呜57.54稀7耻280传80肺30沟4.8展127.3去42.91弹8彻280形160订20厦6过30.64挪86.26迹9未280悄200绘24歪4廊57.82秀74.07长K1j%恰54.89大31.88度56.08剂55.68卡K2j%蜜51.46扶78.47虽60.98败60.35布K3j%让67.75军63.75喇57.03锐58.06栗Rj%乔16.29点31.75厕4.90葵4.67寿从但表幻3肃可看出点，况Fe笑2+肥的投加量三对锡CODC晓r融去除率影响最惜大，其次危是造H珍2阵O双2览，再缝次擦FeCl窝3跃和纳PA适M外。最佳反应条饲件确定为每：燃[H洒2猪O时2欠]=200m个g/览L箭，称[Fe汤2+拴]=160m摊g/讲L红，锅[FeCl觉3肠]=24m增g/售L效，肆[PAM]=蚊4.8mg/稼L串。在此条件下批处理焦化废水给后水质指标见暗表预4抗。倦表艰4Fent姿o薄n狱试剂氧化混凝酬沉淀处理结果刺名称罗色度扁COD鲜Cr这/(mg.L拾-1)少NH缎3隔-N/(mg页.L-1)蹲F旱-筛/(mg.L远-1)零CN肉-升/(mg.L援-1)腿指标较45芝43.2误2.46惑20.2谣1.02慢去除堵率壁/%浩95.55崖87.10贵74.53侵15.48白72.43英从会表日4乏可以看出，在疾所确定的反应哀条件下芒用鼻Fenton卫傲试剂处理焦化超废水，脱色效突果明显促，府COD刑Cr桨去除率某达足87.10术%胳，圣NH部3烈-洪N编去除率旁为旧74.53低%诊，些F庆-骤的去除率命为朋15.48间%坟，毅CN温-篇的去除率枯为臭72.43呀%顾。驼2.2唤墙超声静与毁Fento练n生试剂联合处理腿焦化废水贷由于单纯喉使与用骆Fento匠n委试剂所需反应枝时间过长，所帖以在体系中引扭入超声波发生富器，利用超声愈对傻Fento市n范反应进行催化贫，反笛应肤0.镰5再小时后焦化废飘水的主要污染区指标见滤表剧5抬。僻表哀5悉觉超岸声资-Fento突n声试剂处理后焦纷化废水的水质孤指标幼水样栗H悉2用O绢2模/(mg.L题-1)岩Fe令2+翠/(mg.L填-1)挤色度阵COD碎Cr伯/(mg.L迁-1)耻COD没Cr珍去除博率扎/(%)悼1浩0喷0壶160晕216.8灵2.76听2贼200响0夺200侍218.3浊2.08母3梳200沟160且16令37.7撒83.16姓4冷150气120海18止68.6米69.22或5职100得80答60淋90.5脆59.41饺从爪表现5掠可以看出，在屡相同时间内，狐单独使用超声微处理或超潮声暖+H滑2津O刷2嗓处理，有一定奖的脱色效果，纸但乔COD掏Cr期去除率只园有铁2凑％左右。采用盯超声赴与背Fento膛n附试剂联合处理鞋效果明显，色填度可降疗到闷1姿6咱度乎，储COD捕Cr胀降掏到腰37.8mg孟/L关轻，同时，在保干持隙Fe们2+仓与州H糊2慨O绍2评的比例不变时抖，适当降碎低固Fe喷2+轨和田H练2三O逝2邻用量，也取得捡较满意的处理味效果。本文确额定的超声偷与舞Fento校n铅试剂联合处理强的反应条件为具：超声功率渔为巷7嫁0凉瓦唤，单[H龄2势O鄙2战]=200恨mg/都L阁，弄[Fe2+]困=160mg工/L指正，堂[FeCl案3蜘]=24西mg/页L遇，打[PAM]=硬4.8mg雹/睛L爷。腹2.3DS真A弓电极漏与垄Fento遣n虚试剂联合处理拍焦化废水脾用特殊工书艺制造的准稳贞态阳熄极花(Dimen推sional仙lySta肺bleAn乓od撒e绞，简悟称少DSA息)盲对有机物有极王强的催化降解餐效果罪[6]卡。实验采慨用鱼DS腐A炮电极低与之Fento灾n辽试剂联合氧化玻处理焦化废水扮，反应时揭间奏0.路5友小时结果见返表驾6图。蜓表返6讨表明，单独使精用电极或电称极劣+H2O追2辫氧化处理战，鸽CODC姑r欧的去除效果较胁好，但色度不栏能达到排放要坊求。采捉用瞒DS蓄A嗓电极别与姓Fento谱n羽试剂联合处理直，色度明显降倒低，且在降眯低炼H家2腐O巨2金和威Fe额2+厦的用量时，亦品可得到较好的那处理效果。本茧文确定尤的戚DS谷A米电极蝶与观Fento攻n途试剂联合处理猫的反应条件为至：淡DS驾A牧电极的有效接嫁触面积泥为脱18cm2废肉，应[H要2柔O艘2纹]=200m沸g/探L撒，展[Fe赛2+六]=160轧mg/L炮纪，浙[FeCl赛3蓄]=24肝mg/贼L递，获[PAM]=抗4.8mg宰/L唯表而6DS杨A醉电盯极茫+Fento死n占试剂处理后焦道化废水的水质租指标翠水样寺H改2刮O饺2扯/(mg.L片-1)丧Fe陕2+科/(mg.L包-1)足色度慕COD鞭Cr镇/(mg.L树-1)馒COD母Cr恭去除班率手/(%)鲁1千0乞0恼240句85.9倡61.48造2辰200蔽0壶160帮39.06楼82.48摆3那200若160担35啊38.56坡82.78螺4靠150蹲120草35土51.40蜜76.95敞5设100灭80寻90降46.27递79.25欺2.4密起三种方法处理柿焦化废水的时弄间和效果比较姿实验还发清现用超蠢声乞+Fento敬n记和电轻极扛+Fento归n正两种方法处理驾焦化废水比单垄独使湿用租Fento怎n玩试剂来处理，使反应时间大大村缩短，锄表潜7葱列出了三种方良法处理废水的芬时间和效果比蓬较。传处理方法驰反应时瓦间丝/戚（般h束）镜色度编反应晋后榆COD狮Cr掉/(mg.L犹-1)宴COD款Cr钱去除贪率谨/(%)致Fenton贯0.5否480逐170.5伏23.85熔1.5版220与100.2功55.25婆3谨45语43.25房80.68好超建声身+Fent筐on否0.5乔16东37.7诊83.16阻电忆极脂+Fent奴on革0.5压35龄38.56丢82.78费从放表他7侍可以看出，单蛋独使珍用扒Fento圆n巨试剂来处理焦她化废水，反云应丈0.嘱5弦小时后直，房COD帝Cr蠢的去除率仅握为贴23.85蒙%趋，而加入超声镜和电极后，反咸应翻0.叹5狸小时功，销COD贿Cr泡去除率明显增窗大，分别达兼到斑83.16柱%彼和也82.78甩%帜。实际工业水部处理中，废水蠢在反应池中的猾停留时间比较现短，通常只留有速0.贴5国小时，因此缩聪短反应时间对滔于该工艺在实周际工程中的推拼广应用具有重朝要意义。3结论画范（甲1婶）睬寨单独采托用湖Fento念n彻试剂处理，仿：榆[H荡2艰O奖2虏]=200m秒g/践L饲，盏[Fe姨2+凉]=160咱mg/L冠煌，狠[FeCl著3礼]=24m皇g/湿L掩，脆[PAM]=丛4.8mg狐/舱L折。处理后废水恐色度乖从臭101苦2尽降于至好4换5进，堡COD部Cr锄从日223.9分mg/晌L哲降凯至输43.3m蚀g/膝L既，其它污染指涌标也有所下降亚。种Fento邻n抹反应作为一种渣高级氧化方法桃，对一些生物窝难降解有机物佳质的处理取得捧了显著的效果用。束肠语（灯2吐）狼摊采用超矮声乏+Fento土n科试剂联合处理肤，色度降猴至杂1促6缩，拥COD纺Cr配降锄至悉37.谨8悄，脱色效果十辉分显著，药品细投加量降低，局反应时间明显帆缩短。当具有厚一定功率的超夹声波辐射水溶资液惧,瞧与谈Fento某n宗试剂共同作用牵于生物难降解杠的有机物质，演加速尽了虚Fento声n跟的进行。超声猴的空化效应以漆及其引起的温脆度的升高和充挖分搅拌接触，绕促乎使扇OH需·再大量迅速的产母生，使魄得误Fento提n新充分进行，从章而使生物难降欺解有机物的处执理效果更好。求阿（秀3载）低疯采挂用馅DSA+Fe芒nto盒n涌试剂联合处理和，色度降素至苍3诉5华，湿COD撕Cr烤降膊至浅38.