絮凝-活性炭-過氧化氫復(fù)合工藝處理醇酸廢水

， ，

(山東大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100)

醇酸廢水是在油脂、印染等行業(yè)生產(chǎn)及精制過程中產(chǎn)生的一種高濃度、高污染、氣味大、難降解的工業(yè)有機(jī)廢水，是造成水體污染的主要污染源之一。我國每年都會產(chǎn)生大量的醇酸廢水，因此對于醇酸廢水的有效處理成為一項(xiàng)重要課題。

目前，處理醇酸廢水的方法有很多，按其作用原理一般可分為物理化學(xué)法(主要有萃取法、化學(xué)混凝法、電絮凝法、鐵碳微電解法等)、化學(xué)法(主要有Fenton類氧化法、電化學(xué)氧化法、臭氧類氧化法、光催化氧化法、超臨界水氧化法等)和生物處理法(主要有好養(yǎng)生物法、厭氧生物法、厭氧-好氧聯(lián)合法)等。對醇酸廢水采用單一的處理方法很難達(dá)到理想效果，因此利用聯(lián)合處理方法是解決這一難題的一種新穎而有效的途徑[1]。

本研究采用的絮凝劑作為一類陽離子型丙烯酰胺類復(fù)合物，是一種新型無機(jī)高分子絮凝劑。向水中投加該絮凝劑后，該絮凝劑提供的大量陽離子使膠核表面變?yōu)榈入姞顟B(tài)，在此狀態(tài)下，膠粒間靜電斥力消失，發(fā)生脫穩(wěn)凝聚。同時(shí)，該絮凝劑在廢水中展開產(chǎn)生網(wǎng)捕作用，使膠粒快速粘結(jié)沉淀，進(jìn)一步強(qiáng)化絮凝效果[2]。

活性炭既是良好的吸附劑，也是優(yōu)良的催化劑。本研究采用的粉末活性炭內(nèi)部有大量的空隙，比表面積可以達(dá)到1000m2/g，具有很強(qiáng)的吸附能力，它可以吸附水中難以降解的小分子有機(jī)物、除色以及除味等。同時(shí)它也能夠催化過氧化氫釋放強(qiáng)氧化性的羥基自由基·OH[3]。

過氧化氫分解產(chǎn)生的羥基自由基·OH具有強(qiáng)氧化性，通過自由基與有機(jī)化合物之間的加成、取代、電子轉(zhuǎn)移、斷鍵等作用，使水體中的大分子難降解有機(jī)物氧化降解成低毒或無毒的小分子物質(zhì)或直接礦化為二氧化碳、水等無機(jī)物，從而使醇酸廢水的COD值降低，可生化性提高[4]。

本文利用絮凝劑、活性炭、過氧化氫等對某廠的醇酸廢水首先進(jìn)行絮凝處理，然后調(diào)節(jié)廢水pH值并進(jìn)行催化氧化，以降低其COD和色度。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)對象

本試驗(yàn)所需醇酸廢水采自山東省濱州市某油脂生產(chǎn)企業(yè)，其pH值為6.26，COD為25290mg/L，顏色為深棕色，色度為80倍。

1.2 試驗(yàn)儀器與試劑

儀器：JJ-4型六聯(lián)動攪拌機(jī)；雷磁PHS-25型pH計(jì)；GR-2000電子天平；DZKW-4型電熱恒溫水浴鍋。

試劑：市售絮凝劑；粉狀活性炭；過氧化氫(質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%)，分析純；濃硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)，分析純。

1.3 試驗(yàn)方法

采用絮凝與氧化試驗(yàn)方法，通過單因素試驗(yàn)，試驗(yàn)了絮凝劑添加量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)pH及活性炭添加量、過氧化氫添加量等不同條件下，絮凝-活性炭-過氧化氫組合工藝對醇酸廢水的處理效果。

絮凝試驗(yàn)方法：取絮凝劑于醇酸廢水試樣中，靜置24h后過濾，取清液供后續(xù)試驗(yàn)使用。

氧化試驗(yàn)方法：取100mL試樣于250mL圓底燒瓶中，調(diào)節(jié)pH，然后依次加入活性炭、過氧化氫，將圓底燒瓶置于機(jī)械攪拌機(jī)反應(yīng)，反應(yīng)一定時(shí)間后，終止反應(yīng)，測定反應(yīng)后的COD和色度。

1.4 測定方法

COD：重鉻酸鉀法；

色度：稀釋倍數(shù)法(GB 11903-89)。

2 結(jié)果與討論

2.1 絮凝試驗(yàn)

在保持相同試驗(yàn)條件，處理量為100mL時(shí)，考察絮凝劑添加量對醇酸廢水處理效果的影響。結(jié)果見表1。

表1 絮凝劑對COD去除率和脫色率的影響

從表1數(shù)據(jù)可以看出，添加絮凝劑后，大量漂浮油污及大分子有機(jī)物被絮凝為沉淀除去，廢水試樣COD去除率最高達(dá)到44.65%，這與漂浮油污COD在原醇酸廢水中所占COD比值大有關(guān)。隨著大分子有機(jī)物的絮凝沉淀，廢水色度有所改善。而絮凝劑量加大并未使試驗(yàn)結(jié)果有明顯改善，這表明添加少量絮凝劑即可達(dá)到理想效果。最終，綜合考慮COD去除率、脫色率及成本，選擇絮凝劑添加量為0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

2.2 氧化試驗(yàn)

2.2.1 反應(yīng)溫度的影響

在保持相同的試驗(yàn)條件活性炭添加量2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，過氧化氫添加量6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，反應(yīng)時(shí)間4h，反應(yīng)pH值為4，處理量100mL時(shí)，考察反應(yīng)溫度對醇酸廢水處理效果的影響。結(jié)果見表2。

表2 反應(yīng)溫度對COD去除率和脫色率的影響

從表2數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)反應(yīng)溫度從20℃逐漸升高到60℃時(shí)，廢水COD去除率與脫色率呈上升趨勢。在60℃時(shí)，COD去除率達(dá)到82.33%，脫色率也達(dá)到93.75%。當(dāng)反應(yīng)溫度大于60℃時(shí)，脫色率雖然仍然顯著，但廢水COD去除率有所降低。這可能是隨著溫度升高，過氧化氫催化反應(yīng)增強(qiáng)。但當(dāng)溫度高于60℃時(shí)，過氧化氫分解率增大，氧化反應(yīng)減弱。最終，綜合考慮COD去除率、脫色率及成本，選擇反應(yīng)溫度為60℃。

2.2.2 反應(yīng)時(shí)間的影響

在保持相同的試驗(yàn)條件活性炭添加量2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，過氧化氫添加量6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)pH值為4，處理量100mL時(shí)，考察了反應(yīng)時(shí)間對醇酸廢水處理效果的影響。結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)時(shí)間對COD去除率和脫色率的影響

從表3數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間從0.5h逐漸增加4h時(shí)，廢水COD去除率與脫色率呈上升趨勢。當(dāng)反應(yīng)溫度大于4h時(shí)，COD去除率、脫色率雖然仍然顯著，但趨勢已趨于平緩，且時(shí)間過長有返色現(xiàn)象。這可能是隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，反應(yīng)已達(dá)到平衡，長時(shí)間反應(yīng)后部分未分解有機(jī)物反應(yīng)生成帶色化合物，導(dǎo)致有返色現(xiàn)象。最終，綜合考慮COD去除率、脫色率及成本，選擇反應(yīng)時(shí)間為4h。

2.2.3 反應(yīng)pH的影響

在保持相同的試驗(yàn)條件活性炭添加量2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，過氧化氫添加量6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間4h，處理量100mL下，考察了反應(yīng)pH值對醇酸廢水處理效果的影響。結(jié)果見表4。

從表4數(shù)據(jù)可以看出，酸性條件下，隨著pH值逐漸降低，COD去除率、脫色率呈上升趨勢。在堿性條件下，COD去除率、脫色率均受到抑制。這主要是過氧化氫在酸性條件下具有強(qiáng)氧化性，能夠分解釋放強(qiáng)氧化性的羥基自由基·OH，而在堿性條件下，過氧化氫受到抑制有關(guān)。最終，綜合考慮COD去除率、脫色率及成本，選擇反應(yīng)pH值為4。

2.2.4 活性炭添加量的影響

在保持相同的試驗(yàn)條件過氧化氫添加量6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間4h，反應(yīng)pH值為4，處理量100mL下，考察了活性炭添加量對醇酸廢水處理效果的影響。結(jié)果見表5。

表4 反應(yīng)pH值對COD去除率和脫色率的影響

表5 活性炭添加量對COD去除率和脫色率的影響

從表5數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)活性炭添加量從0.25%逐漸增加到2%時(shí)，廢水COD去除率與脫色率呈上升趨勢。當(dāng)活性炭添加量大于2%時(shí)，廢水COD去除率雖稍有增加，但趨于平緩。最終，綜合考慮COD去除率、脫色率及成本，選擇活性炭添加量為2%。

2.2.5 過氧化氫添加量的影響

在保持相同的試驗(yàn)條件活性炭添加量2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間4h，反應(yīng)pH值為4，處理量100mL時(shí)，考察了過氧化氫添加量對醇酸廢水處理效果的影響。結(jié)果見表6。

表6 過氧化氫添加量對COD去除率和脫色率的影響

從表6數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)過氧化氫添加量從0.5%逐漸增加6%時(shí)，廢水COD去除率與脫色率呈上升趨勢；當(dāng)過氧化氫添加量大于6%時(shí)，廢水COD去除率雖稍有增加，但趨于平緩。但當(dāng)添加量繼續(xù)增大時(shí)，反而出現(xiàn)COD去除率下降現(xiàn)象，這可能與過氧化氫氧化產(chǎn)生的自由基離子過多，導(dǎo)致再次自聚合，氧化效率降低有關(guān)。最終，綜合考慮COD去除率、脫色率及成本，選擇過氧化氫添加量為6%。

3 結(jié)論與展望

絮凝的最佳試驗(yàn)條件為：陽離子型丙烯酰胺類復(fù)合物作為絮凝劑，最佳添加量為0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，靜置沉淀時(shí)間為24h。最佳絮凝條件下，醇酸廢水經(jīng)絮凝處理后COD和色度有較大改善，COD去除率為43.24%，脫色率為56.25%。

氧化的最佳試驗(yàn)條件為：反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間4h，反應(yīng)pH值為4，活性炭添加量2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，過氧化氫添加量6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。最佳氧化條件下，醇酸廢水經(jīng)氧化處理后COD和色度均有較大改善，COD去除率為82.33%，脫色率為93.75%。

處理后的醇酸廢水可生化性得到極大改善，后期可考慮利用生物處理方法對其進(jìn)行進(jìn)一步處理，使廢水水質(zhì)達(dá)到更好。