混凝－Fenton-SBR聯(lián)用工藝處理印刷線路板乳化廢液

彭 娟，趙陳冬

(深圳市危險(xiǎn)廢物處理站有限公司，廣東深圳518059)

乳化廢水主要來(lái)自廢棄的乳化液。乳化液是由乳化油加水稀釋而成，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工行業(yè)，具有冷卻、潤(rùn)滑、清洗和防銹等作用，是機(jī)械加工工廠的主要污染源，是一種高濃度、難降解工業(yè)廢水，具有乳化程度高、化學(xué)成分復(fù)雜、油類(lèi)等有機(jī)污染物濃度高等特點(diǎn)［1］，若無(wú)法有效處理，將嚴(yán)重危害人類(lèi)生存環(huán)境。目前處理乳化廢液的主要方法有氣浮法［2］、混凝凝聚法［3］、化學(xué)藥劑破乳［4］、快速破乳［5］、濕式空氣氧化法［6］、電凝聚處理法［7］、微波輻射法［8］、超臨界技術(shù)［9］、聲化學(xué)技術(shù)［10］和超濾處理法［11］等。本文中提出采用隔油－混凝－Fenton-SBR工藝處理印刷線路板乳化廢液，廢液利用隔油池進(jìn)行油水分離，經(jīng)隔油后廢水進(jìn)行混凝破乳，經(jīng)混凝處理后的水利用Fenton進(jìn)行氧化，氧化后廢水利用SBR工藝處理使廢水達(dá)標(biāo)排放。本工藝可有效處理乳化廢水解決了乳化液廢水難處理的問(wèn)題，對(duì)水資源的綜合利用及環(huán)境保護(hù)有較高的實(shí)用價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

四聯(lián)磁力攪拌器(84－1A，上海司樂(lè)儀器有限公司)，硫酸鋁［Al2(SO4)3］、聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鋁鐵(PFC)、聚丙烯酰胺(PAM)、氫氧化鈉、鹽酸、硫酸等試劑均為A.R級(jí)。

1.2 實(shí)驗(yàn)用水

廢水取自深圳市某線路板廠，廢水水質(zhì)情況如下，其 COD:78979mg/L，BOD:5278mg/L，油:2157mg/L，SS約為886mg/L，pH值一般呈中性，可生化性差，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等諸多特性，廢水外觀為灰黑色，有較濃的腐敗臭味。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)共分為 3個(gè)部分:混凝、Fenton試劑和SBR，試驗(yàn)重點(diǎn)考察了混凝和Fenton試劑處理效果，并驗(yàn)證了生物法的處理效果。

1.3.1 混凝

(1)用2個(gè)250mL的燒杯分別加入100mL廢水，置攪拌機(jī)平臺(tái)上;(2)快攪1分鐘、轉(zhuǎn)速為300r/min;慢攪10min、轉(zhuǎn)速為50r/min;加助凝劑，攪拌5min，轉(zhuǎn)速為30r/min。攪拌完畢后，靜置20min，取上清液測(cè)COD。

1.3.2 Fenton試劑

取混凝后廢水于燒杯中，邊攪拌邊加入FeSO4·7H2O(工業(yè)純)和H2O2溶液(27.5%)，反應(yīng)兩小時(shí)，再加入CaO中和廢水至pH=8.5左右，過(guò)濾，取濾液測(cè) COD、BOD。

1.3.3 SBR

種泥取自凈化車(chē)間SBR池，SV為15%，MLSS約為3000mg/L ～4300mg/L，pH:6.5，水溫 30℃，取四個(gè)有機(jī)玻璃筒，標(biāo)號(hào) 1#，2#，3#，4#，分別加入1000mL SBR污泥，靜置30min，分別取出上清液300mL，1#加入模擬廢水，2#、3#、4#加入乳化氣浮后出水各300mL，按照凈化車(chē)間運(yùn)行參數(shù)曝氣4h，靜置1h，測(cè)定出水COD，每組廢水共計(jì)運(yùn)行一周。

2 結(jié)果與討論

2.1 混凝法

2.1.1 最佳絮凝劑的確定

實(shí)驗(yàn)選用硫酸鋁(PAS)、聚合氯化鐵(PFC)、聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)，在各絮凝劑最佳作用范圍內(nèi)進(jìn)行，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 最佳絮凝劑的選擇Table 1 The selection of the best flocculant

從表1可以看出，上述幾種絮凝劑對(duì)COD去除率均可達(dá)到45%以上，但是由于廢水COD較高，混凝后廢水的COD濃度仍高達(dá)10000mg/L以上，選用聚合氯化鐵為混凝劑，反應(yīng)結(jié)束后，廢水中殘留的三價(jià)鐵離子可以作為激發(fā)劑，加速Fenton試劑的反應(yīng)。

2.1.2 最佳pH值的確定

采用PFC作絮凝劑，投加量為2400mg/L，調(diào)節(jié)廢水pH值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 pH對(duì)PFC混凝效果的影響Fig.1 Influence of pH on COD removal efficiency

從圖1可以看出氯化鐵對(duì)COD去除率受pH值影響較大，當(dāng)pH值低于6.3時(shí)，去除率隨pH值增加而增加，當(dāng) pH=6.3時(shí)，COD去除率最高，為79%，pH值在6.3～8.2之間時(shí)去除COD效果較好，當(dāng)pH大于9.6時(shí)，由于生成的Fe(OH)3過(guò)多，COD去除率降低。實(shí)驗(yàn)中，由于PFC的投加會(huì)消耗廢水的堿度，廢水的pH會(huì)下降很多，此時(shí)鐵主要以Fe3+存在，不利于絮凝，因此反應(yīng)時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)高進(jìn)水pH值，并需在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中投加適量的NaOH以促進(jìn)PFC水解，以保證實(shí)驗(yàn)在最佳反應(yīng)pH值條件下進(jìn)行，綜合考慮，確定廢水進(jìn)水pH值為7.3。

2.1.3 最佳PFC投藥量的確定

廢水pH=7.3，改變投藥量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 PFC投加量對(duì)混凝效果的影響Fig.2 Influence of the dosage of PFC on COD removal efficiency

從圖2可見(jiàn)，當(dāng)投藥量大于2400mg/L后，絮凝效果趨于穩(wěn)定。由于增加聚合氯化鐵投加量，進(jìn)水的pH值也要調(diào)高，從成本和處理效果來(lái)考慮，PFC的最佳用量為2800mg/L。

2.2 Fenton試劑法

Fenton試劑氧化法是1846年由Fenton首次提出，其氧化機(jī)理是自由基反應(yīng)［12－15］，主要反應(yīng)式如下:

2.2.1 最佳反應(yīng)pH值的確定

取100mL水樣，固定 Fe2+、H2O2的用量，改變?nèi)芤旱某跏紁H值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 pH對(duì)COD去除率的影響Fig.3 Influence of pH on COD removal efficiency

由圖3可以看出，在初始pH=1.3～3.0之間，F(xiàn)enton試劑氧化降解處理乳化油廢水效果最好。這與文獻(xiàn)所述一致，芬頓反應(yīng)只在酸性條件下生成羥基自由基［16］。一般認(rèn)為Fenton試劑通過(guò)催化分解產(chǎn)生羥自由基進(jìn)攻有機(jī)物分子，并使其礦化為H2O和CO2等無(wú)機(jī)物質(zhì)，由反應(yīng)(1)和反應(yīng)(2)可知，pH值升高，將抑制羥基自由基的產(chǎn)生，且pH值高于6將形成Fe(OH)3沉淀或鐵的復(fù)雜絡(luò)合物，使反應(yīng)(1)不能產(chǎn)生足夠量的羥基自由基，因此去除率較低;而pH值過(guò)低(小于2)又會(huì)使反應(yīng)(2)受阻，F(xiàn)e3+較難還原為Fe2+，使去除率也有所降低，反應(yīng)最佳的pH=3，考慮到工程上的實(shí)際應(yīng)用pH值可以調(diào)節(jié)在2～3中間。

2.2.2 最佳Fe2+用量的確定

反應(yīng)(1)說(shuō)明Fe2+是催化反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基的必要條件。取100mL水樣，固定H2O2的用量，改變Fe2+的用量、調(diào)節(jié)初始pH=3，反應(yīng)后調(diào)節(jié)pH在9左右，過(guò)濾后測(cè)定廢水的COD。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 FeSO4·7H2O用量對(duì)COD去除率的影響Fig.4 Influence of the dosage of FeSO4·7H2O on COD removal efficiency

由圖4可知，F(xiàn)eSO4·7H2O用量較低時(shí)，隨著用量的增大，催化能力逐漸增強(qiáng)，當(dāng)FeSO4·7H2O用量超過(guò)6g/L時(shí)，廢水的COD去除率下降;這是由于Fe2+濃度過(guò)高一方面使反應(yīng)(1)過(guò)快地產(chǎn)生羥基自由基，來(lái)不及與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)就發(fā)生分解，使降解效率下降，另一方面過(guò)多的Fe2+會(huì)被H2O2氧化成Fe3+，消耗藥劑而且使出水色度增高，所以從成本和處理效果綜合考慮，實(shí)驗(yàn)最終確定FeSO4·7H2O的最佳用量為5g/L。

2.2.3 最佳H2O2用量的確定

取100mL水樣，F(xiàn)eSO4·7H2O的用量為5g/L，pH=3的條件下，考察H2O2投量對(duì)COD去除效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 H2O2用量對(duì)COD去除率的影響Fig.5 Influence of the dosage of H2O2 on COD removal efficiency

由圖5可以看出，廢水的COD的去除率隨著H2O2用量的增加而迅速增高，在H2O2用量增大到50g/L時(shí)，COD去除效果趨于平緩，當(dāng)H2O2用量為50g/L時(shí)，廢水 COD降為 1342mg/L，BOD降為657mg/L，廢水的可生化性指數(shù)為 BOD/COD=0.49，可進(jìn)行生物法處理，所以實(shí)驗(yàn)確定H2O2的最佳用量為50g/L。

2.3 SBR生物法驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

種泥取自凈化車(chē)間SBR池，SV為15%，MLSS約為3000mg/L ～4300mg/L，pH:6.5，水溫 30℃，取四個(gè)有機(jī)玻璃筒，標(biāo)號(hào) 1#，2#，3#，4#，分別加入1000mL SBR污泥，靜置30min，分別取出上清液300mL，1#加入模擬廢水，2#、3#、4#加入乳化氣浮后出水各300mL，按照凈化車(chē)間運(yùn)行參數(shù)曝氣4小時(shí)，靜置1小時(shí)，測(cè)定出水COD，每組廢水共計(jì)運(yùn)行一周。處理后結(jié)果表明，現(xiàn)有的SBR工藝參數(shù)條件下，可將Fenton試劑處理后廢水COD降為485mg/L，出水 COD達(dá)到《廣東省水污染物排放限值》(DB44/26－2001)三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

(1)采用混凝－Fenton試劑－SBR法處理印刷線路板乳化廢液，出水COD濃度低于485mg/L，可達(dá)到《廣東省水污染物排放限值》(DB44/26－2001)(COD≤500mg/L)中COD的三級(jí)排放要求。

(2)采用Fenton試劑處理混凝后廢水，在pH=3時(shí)，雙氧水(H2O2)用量為 50g/L，F(xiàn)eSO4·7H2O 的用量為5g/L時(shí)，廢水COD降為1342mg/L，BOD降為657mg/L，廢水的可生化性指數(shù)為BOD/COD=0.49。為后續(xù)生物法處理打下來(lái)基礎(chǔ)。

(3)采用PFC作為混凝劑，廢水pH值和藥劑投加量對(duì)混凝效果影響較大，在pH值為6.3，投加量為2800mg/L的條件下，COD去除率約為80.9%。廢水中殘留的三價(jià)鐵離子可以作為激發(fā)劑，加速Fenton試劑的反應(yīng)。

(4)本工藝既可以使廢液處理后達(dá)標(biāo)排放，解決有關(guān)廢水產(chǎn)出單位的后顧之憂，適應(yīng)環(huán)境保護(hù)發(fā)展的需要，具有明顯的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。

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