高级氧化工艺处理煤化工反渗透浓水的研究王靖宇

应用化工AppliedChemicalIndustryISSN1671-3206,CN61-1370/TQ《应用化工》网络首发论文题目：高级氧化工艺处理煤化工反渗透浓水的研究作者：王靖宇，李书震，盛宇星，魏学勇，韦凤密DOI：10.16581/j.cnki.issn1671-3206.20191111.041网络首发日期：2019-11-11引用格式：王靖宇，李书震，盛宇星，魏学勇，韦凤密．高级氧化工艺处理煤化工反渗透浓水的研究．应用化工.网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容，只可基于编辑规范进行少量文字的修改。出版确认：纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司签约，在《中国学术期刊（网络版）》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊（网络版）》是国家新闻出版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN2096-4188，CN11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首发论文视为正式出版。应用化工高级氧化工艺处理煤化工反渗透浓水的研究王靖宇1，李书震2，盛宇星3，魏学勇1，韦凤密1（1.北京赛科康仑环保科技有限公司，北京100083；2.河钢集团邯钢公司，河北邯郸056013；3.中国科学院过程工程研究所，北京100190）摘要对比分析了Fenton氧化、O3/H2O2氧化和电化学氧化对煤化工反渗透浓水的处理特性。结果表明：Fenton氧化最佳反应条件为m（H2O2）：m（COD）=1.5，n（Fe2+）：n（H2O2）=0.4，反应时间为60min；O3/H2O2氧化最佳反应条件为臭氧气体流量为200ml/min，m（H2O2）：m（COD）=2，反应时间为80min；电化学氧化最佳反应条件为电流强度1A，反应时间60min。在上述反应条件下，Fenton氧化、O3/H2O2氧化和电化学氧化对煤化工反渗透浓水的COD去除率分别为46.2%，63.5%和66.4%，并从处理效果、处理成本、投资、操作难易、有无二次污染等方面对这3种高级氧化技术进行比较，确定出O3/H2O2氧化为最适宜的工艺。关键词反渗透浓水；Fenton；O3/H2O2；电化学氧化中图分类号X703.1；TQ085+.4StudyonadvancedoxidationprocessesinthetreatmentofreverseosmosisconcentratedwaterfromcoalchemicalindustryWANGJing-yu1,LIShu-zhen2,SHENGYu-xing3,WEIXue-yong1,WEIFeng-mi1（1.BeijingCycleColumbusEnvironmentalScienceandTechnologyCo.,Ltd.,Beijing100083,China;2.HandanIron&SteelGroupCo.,Ltd.,Handan056013，China;3.InstituteofProcessEngineering，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China）AbstractReverseosmosisconcentratedwaterfromcoalchemicalindustrywastreatedusingthreeadvancedoxidationprocesses(Fenton，O3/H2O2，andelectrochemicaloxidation)underlaboratoryconditions．TheoptimizedreactionconditionsfortheFentontechniquewereasfollows：m（H2O2）：m（COD）=1.5，n（Fe2+）：n（H2O2）=0.4，thereactiontimewas60min．FortheO3/H2O2oxidationtechnique，theoptimizedreactionconditionswereasfollows：ozonegasflowratewas200ml/min，m（H2O2）：m（COD）=2，thereactiontimewas80min．Fortheelectrochemicaloxidationtechnique，theoptimizedreactionconditionswereasfollows：currentintensitywas1A，thereactiontimewas60min．Undertheoptimizedconditions，thehighestremovalratesforCODinthereverseosmosisconcentratedwaterfromcoalchemicalindustrybytheFenton，O3/H2O2，andelectrochemicaloxidationwere46.2%，63.5%and66.4%，respectively．O3/H2O2oxidationwasdeterminedastheoptimalprocessbycomparingfromtheaspectsofthetreatmentresults，treatmentcosts，difficultylevelofoperation，withorwithoutsecondarypollution.Keywordsreverseosmosisconcentratedwater；Fenton；O3/H2O2；electrochemicaloxidation煤化工企业普遍采用反渗透（RO）工艺实现废水回用[1]，在实现约75%产水回用的同时产生25%的RO浓水，废水中有机物大部分被截留至RO浓水中[2]，如果直接排放会对水环境恶化造成极大压力[3]。RO浓水处理方法有活性炭吸附、混凝、耐盐微生物和高级氧化[4]。活性炭对极性有机物吸附效果较差且难以再生[5]；混凝对小分子有机物去除率低[6]；耐盐微生物法由于废水可生化性低而处理效果差。高级氧化法可有效降解RO浓水中有机物，应用前景较好[7]。本研究考察了3种高级氧化法对基金项目：国家重点研发计划(2016YFB0600505)资助；水体污染控制与治理专项（2017ZX07402001）作者简介：王靖宇（1987-），男，安徽省宿州市人，工程师，硕士，主要从事水工业废水高级氧化技术研究，电话：[phone]，E-mail:[e-mail]网络首发时间：网络首发地址：2019-11-1116:54:12应用化工RO浓水的处理效果及影响因素，从技术、经济和工程应用进行对比，以选出一种最佳的RO浓水处理技术。1.实验部分1.1材料及仪器实验试剂：七水硫酸亚铁，30％的双氧水，氢氧化钠，98%浓硫酸，重铬酸钾，硫酸亚铁铵，硫酸银，硫酸汞，邻苯二甲酸氢钾，碘化钾，硫代硫酸钠，淀粉，均为分析纯，氧气为市售工业氧气。实验仪器：5B-3F型COD快速消解仪（北京连华科技发展有限公司），COM-AD-02型臭氧发生器(鞍山安思罗斯环保有限公司)，GP5030R型直流电源（深圳电子科技有限公司）。实验废水为河北某煤化工企业废水通过生化处理、臭氧氧化深度处理后经RO脱盐回用产生的浓水，COD在180~220mg/L，所取实验用水COD为208mg/L。1.2实验方法Fenton氧化：取500ml实验废水置于烧杯中，加入硫酸溶液调节pH至3-4，按照实验条件加入FeSO4·7H2O和30%双氧水，反应一定时间后，加入氢氧化钠溶液调节pH为7-8，静置沉淀后取样分析。O3/H2O2氧化：实验系统如图1所示，反应器有效容积为1L，将实验废水及催化剂装入反应器中，催化剂加入量为50g/L，按照实验条件加入30%双氧水，臭氧由纯氧通过臭氧发生器制备，臭氧混合气体通过反应器底部的微孔砂板均匀进入反应器中，并通过磁力搅拌进一步与液体、催化剂混合。实验中臭氧气体浓度为62mg/L，通过调节气体流量、反应时间来控制臭氧投加量。图1O3/H2O2氧化实验装置Fig.1SchematicdiagramofO3/H2O2oxidationreactionsetup电化学氧化：采用有机玻璃反应器，阳极材料镀钌钛，阴极材料为石墨毡，反应器内固定两对电极，极板间距为1cm，电极尺寸为100mm×100mm，采用直流电源为电极供电，规格为DC0.5V-50V，0.3A-30A。1.3分析方法实验中COD分析采用快速消解分光光度法，O3质量浓度的测定采用碘量法。2结果与讨论2.1Fenton对RO浓水处理2.1.1H2O2投加量在n（Fe2+）：n（H2O2）=0.5，反应时间为60min，不同m（H2O2）：m（COD）（=0.5，1，1.5，2，2.5，3）对有机物去除效果如图2所示。由图2可知，随着m（H2O2）：m（COD）比例的增加，COD去除率逐渐增大，当m（H2O2）：m（COD）=1.5时，COD去除率为43.3%，提高双氧水投加量，COD去除率增加缓慢，因此，双氧水最佳投加比例为m（H2O2）：m（COD）=1.5。王靖宇等高级氧化工艺处理煤化工反渗透浓水的研究30.51.01.52.02.53.0100110120130140150160m（H2O2）：m（COD）COD浓度COD/（mg/L）20253035404550COD去除率COD去除率/%图2H2O2投加量对COD去除率的影响Fig.2EffectofdosagesofH2O2onCODremovalefficiency2.1.2FeSO4•7H2O投加量在m（H2O2）：m（COD）=1.5，反应时间为60min，不同n（Fe2+）：n（H2O2）（=0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6）对有机物去除效果如图3所示。由图3可知，随着FeSO4•7H2O投加量的增加，COD去除率先增加后降低，当n（Fe2+）：n（H2O2）=0.4时，COD最佳去除率为46.2%，继续增加Fe2+投加比例，产生的·OH来不及与水中有机物发生反应，而与Fe2+发生部分副反应造成·OH的无谓消耗，导致污染物去除率降低[8]，同时残留的铁离子会使出水色度升高。因此，FeSO4•7H2O的最佳投加比例为n（Fe2+）：n（H2O2）=0.4。0.10.20.30.40.50.6100110120130140COD浓度n（Fe2+）：n（H2O2)3035404550COD去除率COD/（mg/L)COD去除率/%图3FeSO4•7H2O投加量对COD去除率的影响Fig.3Effe