Fenton氧化吸附协同处理焦化含酚废水的研究周红星

第40卷第2期辽宁化工Vol.40，No.22011年2月LiaoningChemicalIndustryFebruary，2011基金项目：唐山市科学技术研究与发展计划项目，项目号：07110202D，唐山学院基金项目，项目号：09006B。收稿日期：2010-11-03作者简介：周红星（1976—），男，讲师，硕士，河北唐山人，研究方向：污水处理。E-mail：[e-mail]，电话：[phone]。Fenton氧化—吸附协同处理焦化含酚废水的研究周红星(唐山学院土木工程系，河北唐山063000)摘要：根据焦化废水的水质特点，选择采用Fenton氧化—吸附法进行焦化含酚废水处理，去除焦化废水中的酚。通过对处理前后焦化废水中COD含量的检测分析，得出Fenton氧化—吸附法是一种可行的焦化废水处理技术。关键词：焦化含酚废水；协同处理；Fenton氧化—吸附中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1004-0935（2011）02-0132-03焦化废水是煤制焦碳、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度有机废水[1]。其组成复杂，含有大量的酚类、联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机物，还含有氰、无机酚离子和氨氮等有毒有害物质，污染色度高，属较难生化降解的高浓度有机工业废水。苯酚类及其衍生物占60％左右，且均难以生物降解。Fenton试剂是由H2O2和Fe2+混合得到的一种强氧化剂[2]，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。吸附主要是指利用固体吸附剂的物理吸附和化学吸附性能，去除或降低废水中的多种污染物质的过程。固体吸附剂能有效的去除废水中多种污染物，特别是采用其它方法难以有效处理的剧毒和难降解的污染物，经处理后出水水质好且比较稳定。本文对Fenton氧化—吸附协同处理焦化含酚废水进行了分析，为进一步研究焦化含酚废水的处理提供了一定的依据。1Fenton试剂单独处理焦化含酚废水1.1Fenton试剂降解有机物的机理Fenton试剂之所以具有非常高的氧化能力，是因为Fenton试剂通过H2O2和Fe2+作用产生羟基自基•OH，羟基自由基具有更高的氧化电极电位，特别适用于难降解有机废水的氧化处理，近年来越来越受到国内外环保工作者的广泛重视[3-6]。根据上述Fenton试剂反应的机理可知，羟基自基OH•是氧化有机物的有效因子，而Fe2+、H2O2、OH-决定了OH•的产量，因而决定了与有机物反应的程度。影响该系统的因素包括H2O2投加量以及投加方式、溶液pH值、反应温度、反应时间等。1.2Fe3+对Fenton试剂的影响一些实际含酚废水中往往含有一定量的Fe3+，Fe3+的存在会对体系的催化氧化性能产生一定的影响。废水中较低浓度的Fe3+有利于Fenton试剂的氧化反应，低浓度的Fe3+与H2O2产生Fenton试剂赖以氧化有机物质的•OH，这也是Fenton试剂链式反应的开始，对Fenton反应至关重要[7]。而当废水中Fe3+含量超过一定范围后Fe2+、Fe3+之间的动态平衡被破坏，虽然产生了单Fe2+，但羟基自基•OH减少，反而会抑制Fenton反应速度。1.3Fenton试剂单独处理焦化含酚存在的问题Fenton试剂氧化法具有过氧化氢分解速度快、氧化速率高、操作简单、容易实现等优点。但由于体系内有大量Fe2+的存在，H2O2的利用率不高，使有机污染物降解不完全，且反应必须在酸性条件下进行，否则因析出Fe(OH)3沉淀而使加入的Fe2+或Fe3+失效，并且溶液的中和还需消耗大量的酸碱。另外H2O2价格昂贵造成处理成本高也制约这一方法的广泛应用。为降低H2O2用量，寻求更为有效的途径降低2011年2月周红星：Fenton氧化—吸附协同处理焦化含酚废水的研究133Fenton试剂法的处理成本，根据唐山焦化废水水质水量的特点，结合近年来国内外在焦化废水深度处理方而取得的新进展，实验将Fenton试剂氧化和吸附进行组合，对其进一步处理，以期获得处理效果好、工艺简便可行的深度处理技术。2Fenton氧化—吸附协协同处理焦化含酚废水2.1吸附剂选用活性炭是一种多孔结构固体，具有优异的吸附能力及化学稳定性，能耐酸耐碱，是优良吸附剂，但活性炭吸附法处理废水的费用较高，一般用于污染物浓度较低的废水处理或废水的深度处理，因此进行了Fenton氧化－活性炭吸附处理焦化含酚废水的试验，在最佳操作条件下取得了良好效果。2.2试验方法2.2.1Fenton氧化预处理试验取一定量水样于烧杯中，在PHS-29A型酸度计上用H2SO4或NaOH调节pH=3，再向溶液中加入一定量的硫酸亚铁和双氧水（摩尔比为1︰10），迅速混合，反应30min。2.2.2吸附试验取一定量经Fenton氧化预处理的焦化含酚废水于烧杯中，加入活性炭，在DBJ-621定时变速搅拌机上边搅拌边吸附一定时间，然后将吸附后水样过滤，取滤液进行分析。3结果与讨论3.1H2O2投加量对苯酚废水COD去除率的影响由于Fenton试剂氧化法是靠H2O2在Fe2+的催化作用下所生成的具有强氧化性的•OH自由基来降解有机物的，因而H2O2的用量直接决定着Fenton试剂的催化氧化效果。鉴于此固定[Fe2+]/[H2O2]（摩尔比）=1︰10，pH=3，反应温度为30℃，反应时间为30min，考察不同H2O2投加量对苯酚废水COD去除效果的影响，苯酚废水COD去除率随H2O2浓度变化的关系曲线如图1所示。从Fenton试剂单独氧化处理焦化含酚废水的试验结果可以看出，当H2O2的投加量在40mmol/L以内时，Fenton试剂对焦化含酚废水的处理效率都很高，为了充分利用Fenton试剂的高效性并尽可能降低后续吸附处理的负荷，确定Fenton氧化预处理的H2O2投加量为40mmol/L，其余反应条件均按Fenton试剂单独处理焦化含酚废水的最佳操作条件确定。氧化预处理后焦化含酚废水的COD为540mg/L。图1H2O2投加量对COD去除率影响3.2活性炭投加量对Fenton－吸附处理效果的影响试验中固定一定量的经氧化后的水样，加入不同量的活性炭，充分吸附后测其CODCr，不同活性炭用量下的CODCr去除效果如表1所示。表1活性炭投加量对Fenton-吸附影响活性炭投加量/(mg·L-1)吸附前COD值/(mg·L-1)吸附后COD值/(mg·L-1)总COD去除率,%1240.887.62116.294387.895.5482.595.758295.86540240.887.6可以看出，随着活性炭投加量的增加，CODCr去除率也随着增加，说明活性炭的用量对吸附效果起着重要作用。当活性炭的用量达到3g/L以后，CODCr去除率最高，基本稳定在95.5%左右，而当活性炭的用量为2g/L时，CODCr去除率已经达到了94%，非常接近最高去除率时的95.5%，出水水质也已经完全符合排放标准，因此活性炭投加量为2g/L较为合适，而对未经氧化预处理的焦化含酚废水进行吸附处理时活性炭在11g/L以上时出水才符合标准。4结论综合以上试验可见，与Fenton试剂单独处理或活性炭单独吸附法比较，Fenton试剂－吸附处理法不但所需药剂量大为降低，处理效果满足出水要求，表明了其优越性。（下转第144页）144辽宁化工2011年2月[7]WOUTERGhyoot.NitrogenRemovalfromSludgeRejectWaterwithaMembraneAssistedBioreactor[J].WaterRes,1999,33(1):23-32．[8]李春杰,狄琰,周琪，等.MMBR处理焦化废水中的短程硝化反硝化[J].中国给水排水,2001,17(11):8-12．[9]朱立志.亚硝酸型生物脱氮在MBR处理垃圾渗滤液中的中试研究[J].科技资讯,2009,10:152-152．[10]林丰,张林生.MBR脱氮工艺的研究进展[J].污染防治技术,2003,16(4):42-44．[11]路青.膜生物反应器中厌氧氨氧化的运行特性及微生态结构研究[D].江苏:江南大学，2009：18-31．ApplicationofMBRProcessinthePartialBiologicalNitrogenRemovalofWastewaterYOUXin-guo1，ZHANGXiao-ning2(1.XingchengWaterSupplyCompany,LiaoningHulutao125100，China；2.SchoolofMunicipalandEnvironmental，ShenyangJianzhuUniversity,LiaoningShenyang110168，China）Abstract:CharacteristicsofMBRprocesswereanalyzedandthepossibilityofitsapplicationinthepartialbiologicalnitrogenremovalofwastewaterwasdiscussed.ThetypesofMBRprocessusedforpartialbiologicalnitrogenremovalandnitrogenremovalresultsweresummarized，andthedevelopmentdirectioninthisfieldwasputforward.Keywords:MBR;Partialbiologicalnitrogenremoval;Simpleandeffective（上接第133页）参考文献：[1]张芳西．含酚废水的处理与利用[M]．北京：化学工业出版社，1983.[2]张锦,李圭白,马军．含酚废水的危害及处理方法的应用特点[J]．化学工程师，2006(4)：36-37.[3]孙惠明，刘辉，张文晋．光催化氧化法对含酚废水处理的初探[J]．山西化工，2007，21(2)：14-15.[4]刘相伟．工业含酚废水处理技术的现状与进展[J]．工业水处理，1998，18(2)：4-6.[5]KingCJ.HandbookofSeparationProcessTechnology[M].NewYork:JohnWiley&Sons,2007.[6]陈美玲.含酚废水处理技术的研究现状及发展趋势[J].化学工程师,2003(4)：48-51.[7]MacGlashanJDetal.Solv.Extr.IonExch,1985,3(1)：32-34.StudyonTreatmentofCokingWastewaterWithPhenolsbyFentonOxidation-AdsorptionMethodZHOUHong-xing(ConstructionEngineeringdepartment,TangshanCollege,HebeiTangshan063000，China）Abstract:Accordingtoqualitycharacteristicsofcokingwastewater,cokingwastewaterwithphenolswastreatedtoremovephenolsbyFentonoxidation-adsorptionmethod.CODcontentsinwastewaterbeforeandaftertreatmentwereanalyzed.TheresultsshowthattheFentonoxidation–adsorptionmethodisonekindoffeasibletreatmenttechnologyforcokingwastewater.Keywords:Cokingwastewaterwithphenols；Coordinationprocessing；Fentonoxidation–adsorpti