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廈門(mén)市綠茵試劑玻儀有限公司
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業(yè)界資訊

焦化廢水之芬頓試劑氧化法處理煤焦油加工廢水

    慧聰水工業(yè)網(wǎng) 以焦粉吸附-微波催化-芬頓試劑氧化法深度處理生物系統(tǒng)處理之后的煤焦油加工廢水,研究了廢水pH值、焦粉用量、FeSO4加入量、H2O2加入量、微波功率、微波輻射時(shí)間對(duì)廢水處理效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在廢水pH值為5、焦粉加入量為20g、FeSO4加入量為300mg/L、H2O2加入量為1500mg/L、微波功率為600W、微波輻射時(shí)間為40min的工藝條件下,廢水色度去除率為93.45%,COD去除率為86.74%。凈化出水色度為19.65倍,COD為42.43mg/L,滿足GB16171-2012煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的要求。并實(shí)現(xiàn)了焦粉的合理利用。

水工業(yè)

    煤焦油是煉焦工業(yè)的一個(gè)重要產(chǎn)品,它是組成極其復(fù)雜的混合物,其經(jīng)物理、化學(xué)方法處理后可以得到多種化工產(chǎn)品。但煤焦油在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生并排放大量濃度高、毒性大工業(yè)廢水[1]。其所含有毒有害物質(zhì)包括氨氮、硫化物、氰化物、酚及酚的同系物、單環(huán)或多環(huán)芳香族化合物、含氮、硫、氧的雜環(huán)化合物,如萘、苯胺、吡啶、喹啉、吲哚、苯并芘、二氮雜苯、氮雜苊、氮雜菲等[2]。酚類(lèi)化合物對(duì)所有的生物都有毒,多環(huán)、雜環(huán)芳烴可使人致癌,一般很難生物降解[3],其中,COD濃度為15~20g/L,氨氮濃度為2~7g/L,酚濃度為3~120g/L,其進(jìn)入水體后將消耗水體中的溶解氧,破壞水體的生態(tài)平衡。

    目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)于煤焦油污水的處理主要采用氣浮、吸附除油預(yù)處理結(jié)合A/O或A2/O等生物處理工藝,處理后水的酚、氰含量基本達(dá)標(biāo)。但生物處理后的廢水色度高,含有大量難降解有機(jī)物質(zhì)[4,5],其COD不能達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)(COD≤80mg/L)[6]。在不改變主體生物法工藝的情況下,還需要對(duì)生物系統(tǒng)的外排水進(jìn)行深度處理。

    本項(xiàng)目以焦粉吸附-微波催化-芬頓試劑氧化法深度處理生物系統(tǒng)處理之后的煤焦油加工廢水,焦粉被充分利用,處理后出水可以達(dá)到(GB16171-2012)煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求,以期為煤焦油加工企業(yè)廢水的深度處理提供工藝依據(jù)。

    1試驗(yàn)部分

    1.1試驗(yàn)廢水主要性質(zhì)

    試驗(yàn)用廢水取自陜西黃陵某煤化工企業(yè)生物處理后的煤焦油加工廢水,其主要水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1,可以看出廢水中COD和色度較高,尚未達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

    1.2試驗(yàn)儀器、試劑和材料

    試驗(yàn)儀器:WD800G型微波爐、5B-2C型COD測(cè)定儀、SDYS-100SH色度測(cè)定儀、PHS-3C酸度計(jì)、SHZ-Ⅲ型循環(huán)水真空抽濾機(jī)、AL204型電子天平;T6型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)、JJ-4A型六聯(lián)同步自動(dòng)攪拌機(jī)。

    試劑和材料:硫酸亞鐵、雙氧水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)、硫酸、氫氧化鈉,分析純;焦粉(焦化廠產(chǎn)品,粒徑約為4~6mm,使用前酸化處理);其他藥劑為市售化學(xué)純。

    1.3試驗(yàn)依據(jù)

    由于微波技術(shù)具有高效快速、反應(yīng)過(guò)程易于控制、設(shè)備體積小等特點(diǎn),微波技術(shù)應(yīng)用于處理難降解有機(jī)污染物方面已經(jīng)取得了一定成熟經(jīng)驗(yàn)[5];焦炭空隙多、比表面積大,對(duì)廢水中有機(jī)物和微波有很強(qiáng)的吸收能力,當(dāng)微波輻射時(shí),焦炭比表面的金屬點(diǎn)位能與微波發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用而產(chǎn)生許多“熱點(diǎn)”,這些“熱點(diǎn)”的溫度和能量要比其它部位高得多,可用作誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的催化劑[7];微波作用下可使芬頓試劑反應(yīng)速率大幅提高,有機(jī)物可以氧化成H2O和CO2,調(diào)節(jié)pH可去除廢水中殘余的Fe3+。

    1.4試驗(yàn)方法

    在500mL燒杯內(nèi)加入250mL試驗(yàn)用廢水,用硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH值,然后加入適的焦粉和芬頓試劑,將燒杯放入微波爐,啟動(dòng)攪拌器,微波輻射反應(yīng)一定時(shí)間后,加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至10終止芬頓試劑反應(yīng),取出反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫后,抽濾除去水中的微小焦粉顆粒,測(cè)定COD和色度。

    1.5分析方法

    COD采用5B-2C型COD測(cè)定儀測(cè)定;色度采用SDYS-100SH色度測(cè)定儀測(cè)定;pH值采用PHS-3C酸度計(jì)測(cè)定。

    2結(jié)果與討論

    2.1廢水pH的影響

    在FeSO4加入量為200mg/L、H2O2加入量為

    1200mg/L、微波功率為400W、微波輻射時(shí)間為30min、焦粉加入量為15g時(shí)廢水pH值對(duì)廢水處理效果影響見(jiàn)圖1。由圖1可知:色度去除率在92%左右;COD去除率先增加后降低,當(dāng)廢水pH=5時(shí),COD去除率最大,達(dá)到86.87%,處理水COD為42.01mg/L。這是因?yàn)樵谒嵝詶l件下有利于焦粉對(duì)有機(jī)物的吸收,另外,pH過(guò)高,OH-與Fe2+生成沉淀,減弱Fe2+的催化作用;但pH不宜過(guò)低,這時(shí)H+會(huì)抑制H2O2還原Fe3+,降低反應(yīng)?OH的生成[9]。綜合考慮,確定廢水pH最佳值為5。

    2.2焦粉用量的影響

    在FeSO4加入量為200mg/L、H2O2加入量為1200mg/L、微波功率為400W、微波輻射時(shí)間為30min、廢水pH值為4時(shí)焦粉加入量對(duì)廢水處理效果影響見(jiàn)圖2。由圖2可知:色度去除率在91%以上,COD去除率隨焦粉用量增加而增大,這一方面是焦粉吸附有機(jī)物的貢獻(xiàn),另一方面是因?yàn)殡S著焦粉量的增加使得在微波場(chǎng)中形成更多的“熱點(diǎn)”,有利于污染物的去除。當(dāng)焦粉用量為20g時(shí),COD去除率達(dá)到85.58%,處理水COD為46.14mg/L,隨后COD和色度去除率增加緩慢,考慮到焦粉酸化再生等綜合因素,確定焦粉的最佳用量為20g。

    2.3FeSO4加入量的影響

    在H2O2加入量為1200mg/L、微波功率為400W、微波輻射時(shí)間為30min、焦粉加入量為15g時(shí)、廢水pH值為4時(shí)FeSO4加入量對(duì)廢水處理效果影響見(jiàn)圖3。由圖3可知:FeSO4加入量為100~250mg/L時(shí),色度去除率明顯增大,F(xiàn)eSO4加入量為250~400mg/L時(shí),色度去除率開(kāi)始下降;COD去除率隨FeSO4加入量增大而增大,在FeSO4加入量300mg/L時(shí),COD去除率達(dá)到最大為85.27%,處理水COD為47.13mg/L,隨后降低,這是因?yàn)榉翌D反應(yīng)速率與FeSO4濃度有關(guān),F(xiàn)eSO4濃度過(guò)大時(shí),部分?OH與Fe2+反應(yīng)生成OH-,F(xiàn)e3+與H2O2反應(yīng)生成氧化性較低的?OH2[10,11],最終造成反應(yīng)速率下降;另外,F(xiàn)eSO4用量的降低,反應(yīng)結(jié)束pH升高,含鐵的沉淀物也會(huì)相應(yīng)減少,給后續(xù)處理帶來(lái)便利,還會(huì)降低廢水色度,因此,從處理成本和去除效果倆個(gè)方面考慮,F(xiàn)eSO4最佳用量300mg/L。

    2.4H2O2加入量的影響

    在FeSO4加入量為200mg/L、微波功率為400W、微波輻射時(shí)間為30min、焦粉加入量為15g時(shí)、廢水pH值為4時(shí)H2O2加入量對(duì)廢水處理效果影響見(jiàn)圖4。由圖4可知:色度去除率一直維持在90%以上;H2O2加入量為1500mg/L時(shí),COD去除率達(dá)到85.27%,處理水COD為43.07mg/L,繼續(xù)增加H2O2的用量,COD去除率無(wú)明顯變化,因此,H2O2最佳用量為1500mg/L。

    2.5微波功率的影響

    在FeSO4加入量為200mg/L、H2O2加入量為

    1200mg/L、微波輻射時(shí)間為30min、焦粉加入量為15g、廢水pH值為4時(shí)微波功率對(duì)廢水處理效果的影響見(jiàn)圖5。由圖5可知:色度去除率一直在90%以上;微波輻射功率越高,COD去除效果越好,由于隨著微波功率的提高,活性炭表面的“熱點(diǎn)”數(shù)量相應(yīng)增加,去除率隨之提高,尤其是微波功率在300~600W時(shí),COD去除率明顯增大,當(dāng)微波功率為600W時(shí),COD去除率達(dá)到86.56%,處理水COD為43.07mg/L,隨后COD去除率增加不明顯,因此,微波最佳功率為600W。

    2.6微波輻射時(shí)間的影響

    在FeSO4加入量為200mg/L、H2O2加入量為1200mg/L、微波功率為400W、焦粉加入量為15g、廢水pH值為4時(shí)微波輻射時(shí)間對(duì)廢水處理效果影響見(jiàn)圖6。由圖6可知:微波輻射時(shí)間為0~50min時(shí),色度去除率逐漸增大;微波輻射時(shí)間為0~40min時(shí),COD去除率逐漸增大,但是隨著時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng),由于H2O2含量降低、Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+,COD去除率增加的趨勢(shì)相對(duì)較為緩慢,綜合考慮微波輻射最佳時(shí)間為40min。

    2.7焦粉吸附-微波催化-芬頓試劑氧化法最佳工藝條件

    焦粉吸附-微波催化-芬頓試劑氧化法最佳工藝條件為:廢水pH值為5、焦粉加入量為20g、FeSO4加入量為300mg/L、H2O2加入量為1500mg/L、微波功率為600W、微波輻射時(shí)間為40min。該工藝條件下,廢水色度去除率為93.45%,COD去除率為86.74%。凈化出水色度為19.65倍,COD為42.43mg/L,色度和COD滿足GB16171-2012煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的要求,廢水各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

    3結(jié)論

    (1)最佳工藝條件為:FeSO4加入量為300mg/L、H2O2加入量為1500mg/L、微波功率為600W、微波輻射時(shí)間為40min、焦粉加入量為20g、廢水pH值為5。

    (2)在最佳工藝條件下,廢水色度去除率為93.45%,COD去除率為86.74%,凈化出水色度為19.65倍,COD為42.43mg/L,色度和COD滿足GB16171-2012煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的要求,廢水各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

    (3)實(shí)現(xiàn)了焦粉的合理利用。

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責(zé)任編輯:殷瑩瑩



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