三元微电解-Fenton氧化回用处理石化废水-改

三元微电解-Fenton氧化回用处理石化废水试验研究杨瑞洪1，刘亚凯2（1.扬州工业职业技术学院化学工程系,江苏扬州225127;2.常州大学环境与安全工程学院,江苏常州213164）【摘要】文章以某石化企业的二级处理的出水为研究对象，采用三元微电解-Fenton试剂氧化工艺对其进行深度处理，使其达到循环冷却水水质标准。通过正交试验考察了微电解最佳操作条件，实验结果表明微电解最佳工艺条件为：液固比为2，pH值为4，停留时间为45min，Al：Fe：C质量比1：2：2，废水经微电解处理后，CODCr去除率可达到47.6%；通过单因素试验考察Fenton试剂氧化最优条件，试验得出Fenton试剂氧化单元的最优条件为：H202投加量为0.8mL/L，反应时间为20min，CODCr去除率可达到71.8%；最后，将微电解-Fenton试剂氧化组合工艺应用于石化废水的深度处理流动实验，可使CODCr、SS及浊度得到较好的去除效果，最大去除率分别为66.7%、73.3%、92.9%，都达到了循环冷却水的用水标准。【关键词】三元微电解；Fenton氧化；正交试验；回用处理；石化废水ExperimentalstudyofReusedTreatmentforPetrochemicalWastewaterbyTernaryMicroelectrolysis-FentonoxidationYangRuihong1,LiuYakai2（1.DepartmentofChemicalEngineering，YangzhouPolytechnicInstitute，JiangsuYangzhou225127，China;2.EnvironmentandSafetyEngineeringCollege,ChangZhouUniversity,JiangsuChangzhou213164，China）Abstract:Ternarymicro-electrolysiscombinedwithFentonoxidationprocesswasusedforadvancedtreatmentofpetrochemicalwastewatertoreachthecoolingwaterqualitystandardswhichaftersecondarytreatmentwerestudiedinthisarticle.Thebestmicro-electrolysisoperatingconditionswasinvestigatedbyorthogonaltest,experimentalresultsshowedthattheoptimumconditionsformicro-electrolysis:liquidtosolidratioof2,pHvalueof4,retentiontimeof45min,Al:Fe:Cmassratioof1:2:2,CODCrremovalrateofwastewatercanreach47.6%aftermicro-electrolysistreatment;TheoptimalconditionsofFenton'sreagentoxidationwasinvestigatedbysingle-factortest,optimalconditionswas:H202dosageof0.8mL/L,reactiontimewas20min,theremovalrateofCODCrcanreach71.8%;Finally,themicroelectrolysis-Fentonreagentoxidationprocesswascombinedforadvancedtreatmentofpetrochemicalwastewaterthroughflowexperiments,removalefficiencyofCODCr,SSandturbiditywasbetterandthemaximumremovalrateswere66.7%,73.3%,92.9%,respectively,theefflunthavereachedthecirculatingcoolingwaterstandards.Keywords:ternarymicro-electrolysis;Fentonoxidation;orthogonalityexperiment;reusedtreatment;petrochemicalwastewater废水回用是节水减排的重要途径和主要内容，随着水资源的日趋紧张及水费的持续上[作者简介]杨瑞洪（1980—），男，扬州工业职业技术学院，化学工程系，硕士，讲师。主要研究方向：工业节水与污水回用。联系方式：13645256573电子邮件：[e-mail][基金项目]1中石化科技开发项目资助，合同编号G1715-2010-ZS0002*；2江苏省大学生实践创新训练计划项目资助。调，废水回用不仅具有重要的环境效益和社会效益，其经济效益也必将进一步的体现。废水处理与回用的潜力是巨大的，寻求最优化的废水深度处理工艺及切实可行的回用途径，实现废水资源的合理利用成为学者研究的热点问题。本文采用三元微电解-Fenton氧化法对石化废水进行深度处理实验，以期寻找最佳工艺参数提高处理效率，有效降低处理成本，使得处理后出水达到循环冷却水水质标准的要求。本试验以某石化企业二级处理出水为研究对象，采用正交试验法考察了微电解单元的影响因素及单因素试验法考察了Fenton氧化单元的影响因素，探讨了微电解与Fenton试剂氧化法联合深度处理石化废水的实际效果，为该工艺的推广提供参考。1实验材料和方法1.1实验水样及材料实验水样：某石化企业供排水厂二级处理出水水质及回用水水质标准见表1：表1水样水质及回用水水质标准Table1waterqualityandreusewaterqualitystandards项目水样水质回用水水质标准CODCr（mg/L）60～9050SS（mg/L）50～6030pH6.5～7.46.5-8.5氨氮（mg/L）0.210Cl—（mg/L）5036250浊度（NTU）10-253实验材料：铸铁屑（粒径为主要集中在1～3mm），铝屑（粒径为主要集中在1～5mm），颗粒活性炭（粒径为主要集中在3～5mm），FeSO4·7H2O，H2O2（质量分数为30%）。1.2分析方法及实验仪器CODCr测定：密闭消解法实验仪器：5B-1(B)型COD快速测定仪（连华科技），PHS-3C精密pH计；六联数显电动搅拌器。1.3实验方法（1）预处理：将铁屑和铝屑在质量分数为5%的稀盐酸中浸泡20min去除表面氧化层，然后用NaOH溶液碱洗10min，用蒸馏水冲洗干净；将颗粒活性炭在原水中浸泡30min，使其对污染物达到吸附饱和。（2）试验装置及工艺流程：试验装置见图1。图1试验工艺流程图（图做些说明）Fig.1flowchartoftreatmentprocess微电解反应器材质为有机玻璃，有效高度为30cm，内径为80mm，容积为1.5L，内装按一定比例投加经过预处理的铁屑，铝屑的和颗粒活性炭，上部进水，反应一定时间内底部出水进入氧化反应器，定期向反应器内投加定量的废铁屑及铝屑，运行一段时间后，进行反冲洗；Fenton试剂氧化反应器为有机玻璃柱体，高度为25cm，内径80mm，在其内投加一定量的H202，上置搅拌器，以200r/min左右转速搅拌；经Fenton试剂反应后进入沉淀池，加碱调节到碱性，沉淀后测定其各项指标，调节pH值至中性排放。2结果与讨论2.1三元微电解试验由于废水的组分及特性的不同，所需要的最佳工艺条件也不尽相同。首先通过单因素试验确定最佳的Al：Fe：C质量比，三者质量比对CODCr去除率影响见表2。固定pH值为3，反应时间60min，固体总质量50g，Al：Fe：C质量比分别为3：1：1，2：1：1，1：1：1，1：2：2，1：3：3，0，烧杯试验考察其对处理效果的影响见表2。表2Al-Fe-C微电解Al：Fe：C质量比对CODCr去除率的影响Table2InfluenceofAl/Fe/CratioonCODCrremovalbyAl-Fe-CmicroelectrolysisAl：Fe：C质量比CODCr去除率3：1：114.2%2：1：125.3%1：1：137.6%1：2：243.5%1：3：339.4%028.8%从表2中可以看出，随着Al的增加，CODCr去除率逐渐增大，当质量比为1：2：2时处理效果最好，确定Al：Fe：C质量比为1：2：2较为适宜。在确定最佳质量比的基础上通过正交试验研究各主要因素对三元微电解法处理石化废水的效果的影响，以出水的CODCr为指标，按L9(33)正交试验，影响因素及水平如表3所示，实验结果见表4。表3正交试验影响因素及水平Table3Theinfluencefactorandleveloforthogonalityexperiment因素水平123ApH值345B停留时间（min）304560C液固比123表4正交试验L9(33)结果Table4theresultofL9(33)orthogonalityexperiment正交试验表L9（33）试验号因素CODcr去除率%pH值停留时间（min）液固比1330133.32345243.93360321.24430241.85445331.36460140.37530331.18545134.49560236.1采用极差分析法对实验结果表4进行分析，可得出：最佳试验组合为A2B2C2，即液固比为2，pH值为4，停留时间为45min，废水中CODCr可以得到较好的去除；各影响因素对CODCr去除率重要性顺序为液固比pH值停留时间，表明在三元微电解处理石化废水中，液固比为主要影响因素，pH值次之，停留时间影响较弱。2.2Fenton试剂氧化试验2.2.1H2O2投加量的影响微电解反应后出水进入Fenton氧化反应器，投加不同量H2O2，分别为0.6、0.8、1.0、1.5、2.0ml/L，在200r/min转速下搅拌30min，其对CODCr去除效果的影响见图2。0.010.020.030.040.050.060.070.000.511.522.5H2O2投加量（mL/L）CODcr去除率(%)图2H2O2投加量对Fenton氧化处理效果的影响Fig.2InfluenceofdoseofH2O2ontreatmentefficiencyofFentonoxidation由图2可知，随着H2O2投加量的增加，CODCr去除率上升明显，当H2O2投加量为0.8mL/L时，得到CODCr去除率最大值为64.2%。随着H2O2投加量的增加，体系中·OH自由基的数量逐渐增加,氧化降解效果不断增强，CODcr降低明显；当H2O2投加量过量时，反应一开始就把Fe2+氧化成Fe3+，不但抑制了·OH的产生，而且H2O2本身也成为·OH自由基的清除基团,使得废水中与污染物有效反应的·OH自由基数量下降,使处理效果有所下降，并且过量的H2O2在CODcr测定中与K2Cr2O7反应，消耗了一定量的K2Cr2O7，增加了出水的CODCr，CODCr去除率下降明显。故确定最佳的H2O2投加量为0.8mL/L。2.2.2反应时间的影响由于Fenton试剂法在酸性条件的下始终能保证良好的除污效果[1-3]，调节微电解出水pH至酸性，H2O2投加量为0.8mL/L，在200r/min转速下搅拌，反应时间分别为10，20，30，40，60min，CODCr去除率随反应时间的变化曲线如图3所示。0.010.020.030.040.050.060.070.080.0010203040506070反应时间（min）CODcr去除率(%)图3Fenton氧化水力停留时间对CODCr去除率的影响Fig.