高盐高有机物化工废水预处理工艺的研究

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  摘 要:高盐高有机物化工废水含盐量高,有机物浓度高,但可生化性差,必须对废水进行有效的预处理后才能采用生物法做进一步的处理,最终达标排放。实验证明采用动态铁碳微电解+芬顿高级氧化工艺是一种非常有效的预处理工艺。
  关键词:高盐高有机物废水 联合高级氧化 除盐
  一、 前言
  山东某化工有限公司主要以卤盐为起点进行研发、生产与经营,生产废水主要成分为BPA、氯化镁、苯酚钠、氢氧化钠、甲级环乙烷、多聚体、二聚及多聚苯酚钠等,是典型的高盐、高有机物废水,可生化性极差,仅靠生物处理难以达到处理要求,需设置充分的预处理手段后方可进行后续生化处理。
  二、工艺选择及反应原理
  1.工艺选择
  经过分析,该废水中大分子有机物如多聚体、二聚及多聚苯酚钠等物质具有很强的粘性,若直接对废水进行蒸发脱盐预处理,废水中的粘性大分子有机物质会附着于脱盐装置管道内壁上,很难除去,对工艺的操作及设备的维护保养带来很大难度。因此本实验选择先采用Fe-C微电解+芬顿高级氧化相结合的工艺,将废水中大分子有机物质降解为小分子有机物质,消除有机物质的粘性,同时提高废水的可生化性,之后对废水进行脱盐处理,利于后续微生物降解工艺的进行[1]。
  2.反应原理
  2.1动态铁碳微电解工艺
  铁碳微电解是当将铁屑和碳颗粒浸没在酸性废水中时,由于铁和碳之间的电极电位差,废水中会形成无数个微原电池。其反应过程如下:
  阳极(Fe): Fe- 2e→ Fe2+,
  阴极(C) : 2H++2e→ 2[H]→H2,
  反应中,产生的了初生态的Fe2+和原子H,它们具有高化学活性,能改变废水中许多有机物的结构和特性,使有机物发生断链、开环等作用。
  若有曝气,即充氧和防止铁屑板结。还会发生下面的反应:
  O2+ 4H+ +4e→2H2O;
  O2+ 2H2O+ 4e→4OH-;
  2Fe2+ +O2+4H+→2H2O+ Fe3+。
  反應中生成的OH-是出水pH值升高的原因,而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝剂,可以有效地吸附、凝聚水中的污染物,从而增强对废水的净化效果。
  2.芬顿高级氧化工艺
  芬顿试剂(Fenton)是指由H2O2和Fe2+所配成的混合溶液,羟基化反应过程主要是在Fe2+的作用下使H2O2分解释放出羟基游离基,活性的羟基游离基容易加成到芳环上从而发生羟基化反应。其分解过程如下:
  Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OH
  Fe3++H2O2→Fe2++·HO2+H+
  Fe2++·HO2→Fe3++OH-
  Fe3++·HO2→Fe2++O2+H+
  ·HO+H2O2→H2O+·HO2
  ·HO→·O2-+ H+
  ·O2-+H2O2→O2++·OH+ OH-
  经过上述反应生成了一系列的自由基,如·OH、·HO2、·O2-等,其中羟基自由基是最活泼的氧化剂之一,其氧化还原电位为:·OH + H++e→H2O, Φ0=2.80V.这些自由基进一步与有机物发生作用:
  R-H+·OH→R+ H2O
  X-+·OH→·X+ OH-
  生成的R和·X进一步与自由基反应,使有机物矿化或转化为易于降解的小分子物质。
  对有机污染物,Fenton氧化法可以在短时间内有效去除废水中的CODCr等主要污染成分,并能够将难降解有机成分的结构转变,甚至将其直接氧化成CO2和水[2]。
  三、 实验
  1.主要仪器设备
  电加热炉 2000w,蒸馏瓶 1000mL。
  2.主要试剂、材料和测定方法
  2.1试剂
  ①30%双氧水
  ②七水硫酸亚铁
  ③H2SO4
  ④氢氧化钠
  2.2材料
  ①铁碳微电解填料(工业级),粒径10-30mm
  ②曝气装置,银湖SP-780
  2.3测定方法
  COD测定方法:重铬酸钾法(BG11914-1989)
  3.实验设计
  预处理工艺流程如下:
  4.实验过程及结果
  4.1实验过程
  4.1.1动态Fe-C微电解
  取原水样1000ml,调节水样PH值2-3,然后倒入微电解槽内,添加适量铁碳微电解填料,曝气1h。测定COD值为90400mg/l,废水的去除率为50.8%。
  4.1.2芬顿高级氧化
  取电解后水样300ml、双氧水30g,进行混合(COD:H2O2≈1:1质量比),搅拌反应1h,静置,测定COD值为60000 mg/l,废水的去除率为33.6%。
  4.1.3加热蒸馏
  取上述水样1000ml采用蒸馏处理,收集冷凝后的水样,测定其COD值为1370mg/l,废水的去除率为98.48%。
  4.2实验结果
  四、结论
  该化工废水采用动态Fe-C微电解+芬顿联合高级氧化的工艺进行预处理,处理效果显著,COD的去除率67.4%,提高了废水的可生化性;废水中的盐分通过低温蒸发进行分离,高沸点有机物留在母液中,从而达到了脱盐、降低废水有机物的目的,为后续生化处理的进行提供了较好的条件。总之采用动态铁碳微电解+芬顿高级氧化+蒸发脱盐相结合的工艺,是化工废水一种非常有效的预处理工艺方法。
  参考文献
  [1] 马承愚 高浓度难降解有机废水的治理与控制[M].[a.l.]:[a.n.],2007
  [2] 张国卿,王罗春等.Fenton试剂在处理难降解有机废水中的应用[J].工业安全与环保,2004, 30(3):17
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