成勇 申玉龍
(靈石中煤化工有限責(zé)任公司,山西 晉中 031300)
芬頓氧化法是1894 年法國科學(xué)家Fenton 發(fā)現(xiàn)的,在酸性條件下,過氧化氫(H2O2)在亞鐵離子(Fe2+)的催化作用下可有效將酒石酸氧化,后人將 H2O2和Fe2+命名為 Fenton 試劑。芬頓氧化法處理廢水的作用機(jī)理主要有羥基自由基氧化機(jī)理和絮凝作用機(jī)理兩個方面。1934 年Harber Weiiss提出的自由基理論指出,亞鐵離子(Fe2+)催化分解過氧化氫(H2O2),使其產(chǎn)生具有極強(qiáng)氧化能力的羥基自由基(·OH),羥基自由基(·OH)具有很強(qiáng)的氧化能力,僅次于氟,并且是一種非選擇性的氧化劑,因此其可以降解氧化多種有機(jī)污染物,氧化效率高,反應(yīng)速度快,特別適用于生物難降解的或一般化學(xué)氧化難以奏效的有機(jī)廢水的氧化處理。另一方面,Walling 和Kato 的研究指出,F(xiàn)enton 試劑在處理有機(jī)廢水時會發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生鐵水絡(luò)合物,反應(yīng)生成的膠體物質(zhì)具有絮凝、吸附功能,F(xiàn)enton 試劑所具有的這種絮凝功能是降解COD 的重要組成部分。
化工含油廢水主要由焦?fàn)t煤氣冷凝液、壓縮機(jī)含油廢水等組分組成,其中含有苯類、酚類、萘類、潤滑油等難降解有機(jī)物,無法直接運(yùn)用生物法去除,且會對生化系統(tǒng)造成污泥中毒等不良影響,故考慮用高級氧化工藝進(jìn)行試驗,意在解決化工含油廢水處理難題。
探究芬頓氧化法對化工含油廢水中所含的COD、含油量去除率如何;探究經(jīng)芬頓氧化法處理后含油廢水可生化性(BOD5/COD)能否改善。
中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)HJ1095-2020《芬頓氧化法廢水處理工程技術(shù)規(guī)范》。
Fenton 試劑(H2O2和FeSO4)、硫酸(H2SO4)、氫氧化鈉(NaOH)。
自制芬頓反應(yīng)簡易裝置(滿足試驗水力停留時間)。
1.調(diào)酸。通過計量泵投加硫酸,使試驗水樣PH 值控制在3.0~4.0最佳。2.催化劑混合。通過計量泵定量投加硫酸亞鐵(FeSO4)至催化劑混合箱,攪拌均勻。藥品投加量按c(H2O2):c(Fe2+)=1:1~10:1 取值計算所得。3.氧化反應(yīng)。通過計量泵定量投加27.5%過氧化氫(H2O2),氧化反應(yīng)器中水力停留時間宜為2.0~8.0h,藥品投加量按c(H2O2):c(COD)=1:1~2:1 取值計算所得。4.中和。通過計量泵定量投加氫氧化鈉(NaOH),使試驗出水PH 值為中性或弱堿性(通常取7.0~9.0),以滿足后續(xù)工藝處理要求或排放要求。5.運(yùn)行方式為系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)運(yùn)行,水力停留時間充足(≥8.0h)。
1.芬頓氧化法對含油廢水中的COD 去除率可觀,最大值為73.8%,平均值為55.6%。2.芬頓氧化法對含油廢水中的油含量去除率可觀,最大值為92.1%,平均值為77.4%。3.含油廢水中BOD5/COD比值極低,即可生化性極差,且經(jīng)芬頓氧化法處理后可生化性未有明顯改善,即芬頓氧化法處理后仍不適合進(jìn)行生物法處理。4.經(jīng)現(xiàn)有藥劑比例數(shù)據(jù)對比,含油廢水芬頓氧化法處理較理想的投加比例初步判定為c(H2O2,mg/L):c(COD,mg/L)=1~1.5:1;c(H2O2,mg/L):c(Fe2+,mg/L)=6:1,但若要正式采用芬頓氧化工藝還需進(jìn)一步試驗以確定其最佳藥劑投加比例。
傳統(tǒng)芬頓氧化法在難降解有機(jī)廢水處理中有較大優(yōu)勢,且具有設(shè)備投資省的優(yōu)點,但其也存在H2O2有一定安全隱患、污水系統(tǒng)結(jié)垢較嚴(yán)重、處理成本高等問題。此外,傳統(tǒng)芬頓法存在H2O2的利用率低、有機(jī)物礦化不充分兩個致命缺陷,所以類芬頓法得以發(fā)展——光-芬頓法、電-芬頓法、超聲波—芬頓法、微波—芬頓法都在試驗研究中。相信未來在難降解有機(jī)廢水處理領(lǐng)域中類芬頓法定會占據(jù)重要地位,為解決世界性廢水處理難題盡一份力。