Fenton氧化活性炭吸附联合处理焦化废水生物出水的研究胡开亮

2010二氧化氯与水处理技术研讨会论文集202Fenton氧化-活性炭吸附联合处理焦化废水生物出水的研究胡开亮*严佳珺南京洁水科技有限公司江苏南京210014[摘要]主要研究了Fenton氧化、活性炭吸附、Fenton氧化-活性炭吸附等方法对焦化废水生物出水的处理效果；Fenton氧化-活性炭吸附法处理焦化废水生物出水的工艺条件。实验结果表明：Fenton氧化与活性炭吸附联合处理的适宜反应条件是：H2O2投加量为5mL/L，FeSO4·7H2O的投加量为200mg/L，活性炭的投加量为2g/L，pH=4.0，反应时间为20min；COD去除率可达82.6%；出水水质符合国家污水排放一级标准。[关键词]Fenton氧化活性炭吸附焦化废水StudyontheTreatmentofBiologicallyTreatedCokingWastewaterbyFenton-AdsorptionProcessHuKailiangYanJiajun(NanjingJieshuiTechnologyCo.,Ltd,Nanjing210014，China)Abstract:ThetreatmenteffectonbiologicallytreatedcokingwastewaterbyFentonoxidation,adsorptionandFentonoxidation-adsorptionwerestudiedseparately.AndtheoptimumconditionforFentonoxidation-adsorptionprocesswerestudiedprimarily.ForremovalofthecontaminationinbiologicallytreatedcokingwastewaterbyFentonoxidation-adsorptionprocess,thefittingpHconditionwas4.0withH2O25mL/L，FeSO4·7H2O200mg/L，activecarbon2g/L，andthereactiontimewas20min,respectively.TheremovalrateofCODwas82.6%.TheeffluentqualitycanmeetthefirstlevelofChinaNationalDischargeStandardofSewage.KeyWords:Fentonoxidation,adsorption,cokingwastewater焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的含酚为主的高浓度有机废水，其中不但含有多种高浓度的有机污染物，而且多数有机污染物属难降解类型，如萘、吡啶、喹啉、蒽和其他芳香化合物与稠环芳烃化合物。焦化废水处理技术主要是采用传统的A/O或A/A/O生物处理法。各类研究表明，即使生物处理昀大限度地发挥作用，也很难实现焦化废水的稳定达标排放，故有效的后续处理技术是焦化废水处理过程中关键的组成部分[1]。目前，处理焦化废水的物理化学方法主要有混凝沉淀、活性炭吸附、催化氧化、超声催化氧化以及各种方法的联合使用[2~4]。目前，Fenton氧化已广泛用于化妆品废水[5]、五氯酚污染废水[6]、制革废水[7]、莠去津(atrazine)废水[8]、糠醛废水[9]、垃圾浓缩液[10]等难降解废水的处理。Fenton氧化与其他方法相结合的处理方法也被广泛研究，如光助Fenton氧化[11]、电解Fenton氧化[7]、Fenton/O2处理系统[12]、零价铁-Fenton氧化[13]等。Fenton氧化-活性炭吸附法可以使Fenton反应的强氧化性与活性炭吸附性相结合。Fenton试剂作为一种强氧化剂能氧化难降解有机物,从而降低废水的COD,活性炭同时吸附水中的污染物和参加Fenton反应的各种反应物为Fenton试剂氧化难降解有机物创造了有利条件。主要研了Fenton氧化、活性炭吸附、Fenton氧化-活性炭吸附等方法对焦化废水生物出水的处理效果；Fenton氧化-活性炭吸附法处理焦化废水生物出水的条件。1实验部分1.1实验水样试验用焦化废水为某钢铁公司焦化厂的焦化废水，经实验室的微电解-氨氮菌-白腐真菌好氧系统处理后的出水。水样的水质指标如表1所示。表1实验水样水质指标Table1Thequalityofexperimentalwater项目浓度排放标准一级二级CODmg/L470100200色度稀释倍数250~3005080氨氮mg/L12.461525*作者简介：胡开亮（1986－）南京理工大学本科毕业，从事污水治理研究2010二氧化氯与水处理技术研讨会论文集2031.2分析方法COD的测定方法：重铬酸盐法GB11914-89；色度的测定方法：稀释倍数法GB11903-89氨氮的测定方法：纳氏试剂比色法GB7479-871.3实验方法1.3.1几种方法的比较（1）Fenton氧化：取1000mL试验用水投于烧杯中，加入H2O2(30%)5mL、FeSO4·7H2O0.2g在pH=3.0的条件下搅拌15min，搅拌速度为60r/min。再用Ca(OH)2调节pH=8.0，沉淀15min后取上清夜测定COD、色度、氨氮浓度。（2）活性炭吸附：取1000mL试验用水投于烧杯中，加入颗粒活性炭2g搅拌15min，搅拌速度为60r/min。沉淀15min后取上清夜测定COD、色度、氨氮浓度。（3）Fenton氧化-颗粒活性炭吸附：取1000mL试验用水投于烧杯中，加入H2O2(30%)5mL、颗粒活性炭2g、FeSO4·7H2O0.2g在pH=3.0的条件下搅拌15min，搅拌速度为60r/min。再用Ca(OH)2调节pH=8.0，沉淀15min后取上清夜测定COD、色度、氨氮浓度。（4）Fenton氧化-粉末活性炭吸附：取1000mL试验用水投于烧杯中，加入H2O2(30%)5mL、粉末活性炭2g、FeSO4·7H2O0.2g在pH=3.0的条件下搅拌15min，搅拌速度为60r/min。再用Ca(OH)2调节pH=8.0，沉淀15min后取上清夜测定COD、色度、氨氮浓度。1.3.2Fenton氧化-活性炭吸附法条件试验取1000mL试验用水投于烧杯中，加入不同量的Fenton试剂和颗粒活性炭，控制反应的pH值和反应时间，在搅拌速度为60r/min的条件下反应。再用Ca(OH)2调节pH=8.0，沉淀15min后取上清夜测定COD浓度。2结果与讨论2.1几种方法的比较按1.3.1进行试验，结果如表2所示。表2对比实验结果Table2Theresultofcontrastiveexperimentation项目方法1方法2方法3方法4CODmg/l169.2191.7121.3296.4色度倍数25301815氨氮mg/l9.866.357.625.84从表2可以看出Fenton氧化与活性炭吸附相比对COD、色度有更好的去除效果，但活性炭吸附对氨氮的处理效果比Fenton氧化好。Fenton氧化与活性炭吸附联合处理效果比单独的Fenton氧化或活性炭吸附都有很大提高，而且使用粉末活性炭比使用颗粒活性炭效果好。虽然粉末活性炭具有更大的比表面积，吸附效果好，但是难以分离并重复利用，所以选用颗粒活性炭比较理想。2.2H2O2投加量与COD去除率的关系按1.3.2的实验方法试验，投加颗粒活性炭2g、FeSO4·7H2O0.2g，反应的pH=3.0，反应时间为15min。研究H2O2的投加量对COD去除率的影响。结果如图1所示。随着H2O2投加量的0123456789101112404550556065707580COD去除率/%H2O2投加量/mL/L图1H2O2投加量对COD去除率的影响Fig.1TheeffectofH2O2doseonCODremovalrate050100150200250300505560657075COD去除率/%FeSO4投加量/mg/L图2Fe2+投加量对COD去除率的影响Fig.2TheeffectofFe2+doseonCODremovalrate2010二氧化氯与水处理技术研讨会论文集204增加COD去除率不断增大，当H2O2的投加量大于5mL/L时，COD去除率增加速度减慢。从经济性角度考虑，选用5mL/L作为H2O2的昀佳投加量。2.3Fe2+投加量与COD去除率的关系按1.3.2的实验方法试验，投加颗粒活性炭2g、H2O25mL，反应的pH=3.0，反应时间为15min。研究FeSO4·7H2O的投加量对COD去除率的影响。结果如图2所示。由于实验用水是经过微电解-氨氮菌-白腐真菌好氧系统处理后的出水，该水经过微电解处理后会含有一定浓度的Fe2+，所以在不投加FeSO4·7H2O时也可以发生Fenton反应。随着FeSO4·7H2O投加量的增加COD去除率不断增大，当FeSO4·7H2O的投加量大于200mg/L时，COD去除率增加速度减慢。选用200mg/L作为FeSO4·7H2O的昀佳投加量。此时COD去除率为70.32%。2.4活性炭投加量与COD去除率的关系按1.3.2的实验方法试验，投加H2O25mL、FeSO4·7H2O0.2g，反应的pH=3.0，反应时间为15min。研究活性炭的投加量对COD去除率的影响。结果如图3所示。随着活性炭投加量的增加COD去除率不断增大，当活性炭的投加量大于2g/L时，COD去除率增加速度减慢。选用2g/L作为活性炭的昀佳投加量。此时COD去除率为79.2%。2.5反应时间与COD去除率的关系按1.3.2试验，投加颗粒活性炭2g、FeSO4·7H2O0.2g、H2O25mL，反应的pH=3.0。研究反应时间对COD去除率的影响。结果如图4所示。随着反应时间的增加COD去除率不断增大。当反应时间大于20min时，COD去除率几乎不变，此时COD去除率为76.1%。0123455055606570758085COD去除率/%活性炭投加量/g/L图3活性炭投加量对COD去除率的影响Fig.3TheeffectofactivecarbondoseonCODremovalrate010203040506030405060708090COD去除率/%反应时间min图4反应时间对去除率的影响Fig.4TheeffectofreactiontimeonCODremovalrate2.6pH值与COD去除率的关系按1.3.2的实验方法试验，投加颗粒活性炭2g、FeSO4·7H2O0.2g、H2O25mL，反应时间为15min。研究pH值对COD去除率的影响。结果如图5所示。随着pH值的增加COD去除率不断下降，当pH值高于4.0时，COD去除率迅速降低。从经济性角度考虑，选用pH=4.0作为反应的昀佳条件。此时COD去除率为64.83%。12345678930405060708090COD去除率/%pH图5pH值对去除率的影响Fig.5TheeffectofpHonCODremovalrate从上述实验结果可知，Fenton氧化-活性炭吸附法处理焦化废水生物出水的适宜反应条件是：H2O2投加量为5ml/L，FeSO4·7H2O的投加量为200mg/L，活性炭的投加量为2g/L，pH=4.0，反应时间为20min。出水水质：COD98.24mg/l，色度12倍（稀释倍数），氨氮7.81mg/l，2010二氧化氯与水处理技术研讨会论文集205符合国家污水排放一级标准。3结论（1）Fenton氧化与活性炭吸附联合处理的效果比Fenton氧化或活性炭吸附都有很大提高，而且使用粉末活性炭比使用颗粒活性炭效果好。颗粒活性炭易于分离并可重复利用，是比较理想的吸附材料。（2）Fenton氧化-活性炭吸附法处理焦化废水生物出水的适宜反应条件是：H2O2投加量为5ml/L，FeSO4·7H2O的投加量为200mg/L，活性炭的投加量为2g/L，pH=4.0，反应时间为20