徐冰，朱仁發(fā)，章峰（合肥學(xué)院，安徽合肥230601）

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實(shí)驗(yàn)室有機(jī)廢水處理設(shè)備的構(gòu)思

徐冰，朱仁發(fā)，章峰
（合肥學(xué)院，安徽合肥230601）

摘要：針對高等院校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水，設(shè)計(jì)一種設(shè)備對其進(jìn)行集中處理，使處理過的廢水能夠達(dá)到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室有機(jī)廢水；Fenton法；設(shè)備設(shè)計(jì)

1　研究背景

近十幾年來，隨著“科教興國”戰(zhàn)略國策的深入人心以及我國工業(yè)化的飛速發(fā)展，黨和國家對于科研教育經(jīng)費(fèi)的投入比重不斷加大。國內(nèi)各重點(diǎn)院校的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)迅速發(fā)展。有機(jī)實(shí)驗(yàn)室的污水排放量也隨之增加。但是由于各院校多為相對獨(dú)立的事業(yè)單位，區(qū)域分布不集中，廢水排放量不大，所以其污染易被忽視。這些有機(jī)實(shí)驗(yàn)室，尤其是在中心城區(qū)和居民區(qū)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室對環(huán)境的危害特別大，許多有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的排水管道與居民的排水管道相通，通過下水道形成交叉污染，最后流入江河中或者滲入地下，對水資源的危害不可估量。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和相應(yīng)環(huán)保法規(guī)的不斷完善，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水處理的制度化、規(guī)范化已迫在眉睫。

Fenton試劑氧化是處理有機(jī)廢水的常見技術(shù)之一。它是一種采用H2O2為氧化劑，以亞鐵鹽為催化劑的均相催化處理方法。由于在反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的·OH自由基，因此其反應(yīng)速率快，氧化效率高，可使有機(jī)物的C—C鍵斷裂，并在適當(dāng)?shù)臈l件下最終將有機(jī)物氧化成CO2和H2O。

2　設(shè)備運(yùn)行流程及原理

2.1設(shè)備運(yùn)行流程

此設(shè)備以光電-磁Fenton氧化法為核心，涉及有機(jī)化工廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。高校實(shí)驗(yàn)室廢水量較少，濃度較高，并且其中部分實(shí)驗(yàn)廢水可以作為改進(jìn)Fenton氧化法的添加劑，大幅度提高Fenton反應(yīng)的效率以及節(jié)約大量的試劑，達(dá)到綠色節(jié)能的目的。因此使用實(shí)驗(yàn)室廢酸調(diào)節(jié)體系pH（若不足時(shí)需加入硫酸溶液），實(shí)驗(yàn)室EDTA廢水作為催化劑增強(qiáng)體系的光效應(yīng)試劑，因此需要在實(shí)驗(yàn)室建立單獨(dú)管道和收集槽，這樣既可以減少EDTA和硫酸的投加量，節(jié)省成本，又可以減少廢水的產(chǎn)生量，從而達(dá)到綠色環(huán)保的目的。

在調(diào)節(jié)好高濃度有機(jī)廢水的pH之后，通過管道進(jìn)入廢水處理池直至充滿，通過鼓風(fēng)曝氣攪拌，在廢水表面的太陽光、環(huán)形電極和電磁鐵的強(qiáng)磁場作用下，反應(yīng)一定時(shí)間，停留在液體上層的有機(jī)成分被氧化為礦物殘?jiān)?，通過重力沉降進(jìn)入設(shè)備底部殘?jiān)鼉?chǔ)存槽，底部的廢水通過提升泵進(jìn)入管道，并通過和管道連接的蜂窩式混合出水出氣箱進(jìn)入環(huán)形電極之間進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)。通過逐級(jí)削減污染負(fù)荷，最終使實(shí)驗(yàn)室有機(jī)廢水達(dá)到國家環(huán)保要求。

2.2反應(yīng)原理[1]

（1）Fenton氧化法

傳統(tǒng)的Fenton試劑只在酸性條件下發(fā)生作用，在中性和堿性環(huán)境中，F(xiàn)e不能催化H2O2產(chǎn)生·OH。當(dāng)pH值在2～4范圍內(nèi)時(shí)，氧化廢水處理效果較好，最佳效果出現(xiàn)在pH=3時(shí)。

（2）電—Fenton氧化法

電極反應(yīng)：

①陽極反應(yīng)：2H2O- 4e-→O2+4H+

②陰極反應(yīng)：O2+2e-+2H+→H2O2

Fe3++e-→Fe2+

③溶液中：Fe2++H2O2+H+→Fe3++H2O+·OH

3　設(shè)備的構(gòu)思

3.1環(huán)形電極

由原理可知，電—Fenton氧化法體系中陽極產(chǎn)生的氧氣是陰極反應(yīng)的反應(yīng)物，并且通過曝氣作用，可以提高陰極反應(yīng)的效率，因此設(shè)計(jì)環(huán)形電極，極大地?cái)U(kuò)展了有效反應(yīng)區(qū)域的面積，并且此電極的設(shè)計(jì)克服了電極水平安裝氣滯斷電，垂直安裝利用率不高的缺點(diǎn)。將氣泵安裝在電極底部，使得通入的空氣（氧氣）可以在電極之間從下而上通過，增加氧氣在陰極及溶液中的利用率。

3.2太陽光的合理利用

光電—Fenton氧化法是對傳統(tǒng)方法的改進(jìn)，將光源引入電- Fenton體系中，紫外光可以促進(jìn)Fe3+/Fe2+的轉(zhuǎn)化，另一方面紫外光也促使有機(jī)污染物的光解；可見光主要針對有色有機(jī)污染物如有機(jī)染料等，通過有色有機(jī)污染物的敏化作用，促使有機(jī)污染物的降解;太陽光具備紫外光和可見光的雙重催化作用。在光電協(xié)同作用下的Fenton方法既可以促進(jìn)Fenton反應(yīng)中Fe3+向Fe2+轉(zhuǎn)化，也具有自動(dòng)產(chǎn)生H2O2的機(jī)制[4]，使H2O2產(chǎn)生·OH的效率提高[2-3]，充分利用氧化試劑和太陽光降解有毒有機(jī)污染物。此外，由于太陽光是無污染、無能耗的天然光源，因此是高等院校廢水處理光源的首選。根據(jù)此原理，反應(yīng)池表面是光電Fenton體系反應(yīng)活性最高的區(qū)域，因此，電極應(yīng)該安放在池子的上部。

3.3EDTA以及實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)酸性廢水的利用

校園實(shí)驗(yàn)室的EDTA在光照下可形成穩(wěn)定的鐵絡(luò)合物，且具有光化學(xué)活性，對高于200nm的光波有一較高的摩爾吸收系數(shù)，甚至能吸收500nm的可見光，產(chǎn)生·OH，因此EDTA實(shí)驗(yàn)廢液需要倒入專門的通道，從而減少絡(luò)合試劑的用量，符合“減量化”“無害化”“資源化”的“三化”原則。同理，實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)酸性廢水污染性大，此反應(yīng)需在pH為2～4的范圍內(nèi)進(jìn)行，因此也是對強(qiáng)酸性廢水進(jìn)行的一個(gè)資源化的利用。

3.4磁場的運(yùn)用

長久以來，F(xiàn)enton法的光電改進(jìn)成果層出不窮，而磁的利用卻被忽視了。有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，當(dāng)強(qiáng)磁場與Fenton試劑共同作用于廢水時(shí)，除對化學(xué)反應(yīng)有一定的推動(dòng)作用外[5]，在水溶液中，磁化作用還可以減少因氫鍵發(fā)生的分子締合，提高了·OH與有機(jī)物碰撞結(jié)合的概率，有利于反應(yīng)的進(jìn)行，表現(xiàn)出氧化速率提高[6]。

4　結(jié)論

（1）影響Fenton氧化法的因素中，電流、曝氣速率、攪拌速度均會(huì)對Fenton法產(chǎn)生影響。

（2）此設(shè)備由環(huán)形電極、電磁鐵、曝氣裝置、攪拌槳構(gòu)成，在光照射下對高校有機(jī)廢水進(jìn)行逐級(jí)處理，使之能夠達(dá)到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

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·化工設(shè)備與自動(dòng)化·

The Plot of Laboratory Organic Wastewater Treatment Equipment

XU Bing，ZHU Ren-fa，ZHANG feng
（Hefei University，Hefei 230601，China）

Abstract:This paper design a device for centralizing treatment of wastewater- organic chemistry laboratory wastewater in universities. Toenable it tomeet the standards set bythe state.

Key words:laboratoryorganic wastewater；Fenton method；equipment design

作者簡介：徐冰（1989-），男，合肥學(xué)院2013級(jí)環(huán)境工程研究生；通訊聯(lián)系人：朱仁發(fā)（1963-），男，教授，主要從事固體廢棄物的處理處置等研究工作，13515513735，zrfustc@163.com。

收稿日期：2015- 10- 23

中圖分類號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008- 553X（2016）02- 0072- 02

doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2016.02.022