鐵碳微電解-Fenton氧化-絮凝沉淀深度處理焦化廢水

王月鋒，田在峰，邊 蔚

（河北省環(huán)境科學(xué)研究院，河北 石家莊050037）

1 引言

焦化廢水主要來自煉焦及煤氣生產(chǎn)過程，是一種典型的難處理的有毒有機(jī)工業(yè)廢水［1］。目前焦化廢水經(jīng)預(yù)處理后通常采用A／O、A2／O、A／O2、O-A／O、SBR等生物處理方法，但經(jīng)生物處理后出水中的COD 和色度仍達(dá)不到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)行深度處理［2］。鐵碳微電解技術(shù)是以顆粒炭、石墨或其他導(dǎo)電惰性物質(zhì)為陰極，以鐵屑為陽極，以電解質(zhì)起導(dǎo)電作用構(gòu)成原電池處理廢水的電化學(xué)工藝。Fenton氧化技術(shù)的原理是H2O2在Fe2＋的催化作用下分解產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的·OH，能無選擇地將有機(jī)物氧化分解［3］。鐵碳電解、Fenton氧化、絮凝沉淀的聯(lián)用技術(shù)在工業(yè)廢水的處理上已有了一些應(yīng)用，但在焦化廢水的深度處理上還鮮有報(bào)道。

本研究采用鐵碳微電解-Fenton氧化-絮凝沉淀集成技術(shù)深度處理焦化廢水，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)COD、色度達(dá)標(biāo)的可行性，以尋求一種焦化廢水深度處理的有效工藝，實(shí)現(xiàn)焦化廢水處理后達(dá)標(biāo)排放的目的。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)用水為某鋼鐵公司焦化廠實(shí)際焦化廢水經(jīng)常規(guī)A2／O 生化工藝二級沉淀池出水，該水呈深黃褐色，有刺鼻氣味，pH 值為6.51～8.80，色度為200～350倍，COD為139～265mg／L，BOD5為10.14～25.16mg／L，出水可生化性很低（B／C＝0.06～0.14）。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。實(shí)驗(yàn)裝置主要分為4個(gè)部分：調(diào)節(jié)池、鐵碳微電解柱、Fenton試劑催化氧化池以及中和絮凝沉淀池。有機(jī)玻璃調(diào)節(jié)池（φ450mm×400mm），有機(jī)玻璃微電解柱（φ150mm×1450mm）中間設(shè)有1000mm 的填料層、下面設(shè)有100mm 的布水布?xì)鈱?，矩形催化氧化池體（300mm×300mm×400mm）、豎流式沉淀池（反應(yīng)區(qū)，長×寬×高＝200mm×20mm×30mm；沉淀區(qū)，長×寬×高＝20mm×20mm×40mm）。兩臺保定蘭格精密蠕動泵（型號：BT100-2J），自動加藥裝置和攪拌器各3臺。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖

2.3 檢測指標(biāo)及方法

實(shí)驗(yàn)檢測指標(biāo)為：COD、BOD5、色度、pH 值。其分析方法［4］：COD 采用重鉻酸鉀法測定；BOD5采用稀釋與接種法測定；pH 值采用pH 計(jì)直接測定；色度采用目視比色法。

2.4 實(shí)驗(yàn)方法

2.4.1 調(diào)節(jié)池實(shí)驗(yàn)

原水通過蠕動泵泵入調(diào)節(jié)池，同時(shí)通過加藥裝置分別投加不同濃度硫酸來控制調(diào)節(jié)池內(nèi)水樣pH 值。

2.4.2 鐵碳微電解實(shí)驗(yàn)

微電解填料采用山東濰坊某公司生產(chǎn)一體式復(fù)合鐵炭填料，固體呈3～5cm 橢球狀，微電解反應(yīng)效果較好，易于清洗，避免了鐵屑和炭組合填料的板結(jié)問題［5］。調(diào)節(jié)池出水經(jīng)過蠕動泵泵入微電解柱后進(jìn)行曝氣微電解反應(yīng)，通過蠕動泵和轉(zhuǎn)子流量計(jì)分別控制進(jìn)水量和曝氣量。

2.4.3 Fenton試劑催化實(shí)驗(yàn)

經(jīng)鐵碳微電解出水投加不同量的10%H2O2，在攪拌器作用下進(jìn)行Fenton氧化反應(yīng)。

2.4.4 絮凝沉淀實(shí)驗(yàn)

往Fenton氧化出水中投加1mol／LNaOH 攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH 值到10.0左右，在豎流式沉淀池中停留2h后取上清液為最后出水。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 調(diào)節(jié)池工段參數(shù)優(yōu)化

在原水COD 進(jìn)水為234mg／L，微電解柱HRT 水力停留時(shí)間1h條件下，調(diào)節(jié)進(jìn)水pH 值，對鐵碳微電解出水COD的影響見圖2。從圖2中可以看到，COD 的去除率隨pH 值升高而降低，其中進(jìn)水pH 值在2.5以后，COD去除效果明顯下降。但pH 值并不是越低越好，pH 值過低會破壞鐵鹽絮體的形成影響處理效果，F(xiàn)e2＋和Fe3＋的濃度增大造成出水色度的增加等問題［4］，強(qiáng)酸環(huán)境還會導(dǎo)致鐵的消耗量增大，產(chǎn)生的鐵泥增多，其對設(shè)備、池體亦有較強(qiáng)的腐蝕作用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果兼顧微電解出水后續(xù)的處理效果，確定調(diào)節(jié)池工段應(yīng)控制pH 值在2.5 左右微電解出水COD 去除率在36%。

圖2 調(diào)節(jié)池出水pH 值對微電解出水COD的影響

3.2 鐵碳微電解工段參數(shù)優(yōu)化

在原水COD 進(jìn)水為234mg／L，調(diào)節(jié)池出水pH 值控制在2.5條件下，微電解HRT 對出水COD 的影響見圖3。如圖3所示，當(dāng)微電解水力停留時(shí)間HRT 從0.5h延長至1.0h時(shí)，鐵碳微電解柱出水COD 濃度下降明顯，去除效果較好，但HRT 大于1.0h 后，出水COD濃度下降緩慢，去除效果不明顯。在實(shí)際工程應(yīng)用中HRT 的延長會增加運(yùn)營成本，因此確定本工段的最佳運(yùn)行參數(shù)HRT 為1.0h。

3.3 Fenton氧化工段參數(shù)優(yōu)化

在Fenton氧化進(jìn)水COD 為147mg／L，10%H2O2投加量對Fenton出水COD的影響見圖4。

由圖4 可見，隨著10%H2O2加入量增加，F(xiàn)enton氧化出水COD 呈下降趨勢，但當(dāng)10%H2O2加入量超過2.0（mL／L）時(shí)出水COD值不降反升，去除率開始下降，因?yàn)檫^高的H2O2不但不能通過分解產(chǎn)生更多的羥基自由基·OH，反而在反應(yīng)一開始就把Fe2＋迅速氧化成Fe3＋，而使反應(yīng)在Fe3＋催化作用下進(jìn)行，這樣就抑制了羥基自由基·OH 的產(chǎn)生，并且過高的H2O2其還原性從一定程度上增加了出水的COD值［6］。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定本工段10%H2O2投加量為2.0mL／L。

圖3 微電解HRT 對微電解出水COD的影響

3.4 動態(tài)連續(xù)實(shí)驗(yàn)

確定最佳工藝運(yùn)行條件進(jìn)行動態(tài)連續(xù)實(shí)驗(yàn)8月1日至8月31日，每天早、中、晚取進(jìn)出水各一次，以混合樣作為當(dāng)天的進(jìn)出水樣品，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5、圖6。由圖5、6所示焦化廢水經(jīng)鐵碳微電解、Fenton氧化、絮凝沉淀后出水COD去除率均值為53%，色度去除率均值為90%，原污水可生化性（B／C）由0.11提高到0.35。

圖4 H2O2 加入量對Fenton氧化出水COD的影響

圖5 裝置動態(tài)連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月COD去除率的變化

4 結(jié)語

（1）鐵碳微電解工段采用微電解效果更好的一體式復(fù)合鐵炭填料，最佳運(yùn)行條件微電解進(jìn)水pH＝2.5，HRT＝1.0h對COD去除率為36%。

（2）Fenton氧化工段的最佳運(yùn)行參數(shù)10%H2O2投加量 為2.0mL／L，F(xiàn)enton 氧 化 出 水COD 去 除 率 為22%。

（3）鐵碳微電解-Fenton氧化-絮凝沉淀集成技術(shù)深度處理焦化廢水連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)月，實(shí)驗(yàn)結(jié)果所示，該集成技術(shù)對COD的總?cè)コ士蛇_(dá)52%，色度去除率可達(dá)90%，可生化性（B／C）由0.11提高到0.35，反應(yīng)出水COD和色度均滿足國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978-1996）的二級排放標(biāo)準(zhǔn)，由此表明該技術(shù)深度處理焦化廢水是可行有效的。

圖6 裝置動態(tài)連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月色度去除率的變化

［1］王業(yè)耀，袁彥肖，田仁生.焦化廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］.工業(yè)水處理，2002，22（7）：1～4.

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