混凝-芬顿联合预处理煤化工废水分析

第３６卷第６期　２０１５年　１２月　河南科技大学学报：自然科学版　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　

Ｖ０ｌ＿３６　Ｎｏ．６　

Ｄｅｅ．　２０ｌ５　

文章编号：１６７２—６８７１（２０１５）０６—００９６—０４　混凝．芬顿联合预处理煤化工废水分析　胡佳欣　，汤　洁　，谢添　，王晓玲　，褚腊林。　（１．吉林大学环境与资源学院，吉林长春１３００２１；２．吉林建筑大学市政与环境工程学院，吉林长春１３０１１８；３－长春国传　能源科技开发有限公司，吉林长春１３００６２）　

摘要：以煤化工废水为研究对象，采用聚合氯化铝铁（ＰＡＦＣ）混凝和芬顿高级氧化两种工艺对其进行预处理，　利用正交试验探讨了混凝与芬顿氧化反应各因素对煤化工废水预处理效果的影响。研究结果表明：先投加聚　合氯化铝铁絮凝反应１８　ｒａｉｎ后，静止沉淀３０　ｒａｉｎ，然后投加芬顿试剂反应２　ｈ，能够获得较好的化学需氧量　（ＣＯＤ）预处理效果。其最优条件为：混凝ｐＨ＝３．５，聚合氯化铝铁投加量为４００　ｍｇ／Ｌ，ｎ（Ｈ　０：）／ｎ（Ｃ０Ｄ）的　值为１．２５，ｎ（Ｆｅ　）／ｎ（Ｈ　０　）的值为１．００。　关键词：煤化工废水；聚合氯化铝铁；芬顿氧化　中图分类号：Ｘ７０３．１　文献标志码：Ａ　

０　引言　在褐煤提质过程中往往产生大量的废水，其中含有多种有机物，如腐殖酸、酚、酮、苯、酯类以及萘　等。这些物质可生化性非常低，是一种典型的难降解有毒工业废水。　煤化工废水中的多种复杂有机物导致其不能直接采用生物法进行处理，必须寻找一种直接、有效、　可持续的预处理方法。目前，对于难降解工业废水而言，应用最广泛的预处理方法是芬顿法或芬顿法与　其他方法的联合。　文献［１］采用混凝一芬顿氧化联合处理玉米淀粉废水，确定最佳的混凝和氧化条件。文献［２］采用　混凝－芬顿法深度处理维生素Ｂ。：废水，考察各操作参数对化学需氧量（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｏｘｙｇｅｎ　ｄｅｍａｎｄ，ＣＯＤ）和　色度去除效果的影响。文献［３］采用芬顿氧化处理湿法腈纶聚合废水，考察了Ｈ　Ｏ　投加量、Ｆｅ“投加　量、ｐＨ和反应时间等因素对氧化和混凝作用去除废水污染物的影响，并分析了废水可生化性和特征污　染物的变化。虽然以上文献对芬顿氧化与混凝沉淀协同处理废水相关研究较为成熟，但针对煤化工废　水研究较少。因此，本文针对煤化工废水的特点，采用芬顿法与混凝法联合的工艺作为预处理方法，探　讨反应的影响因素，旨在建立煤化工废水的预处理方法及确定最佳运行条件。　

１　材料和方法　１．１　试验用水　煤化工废水水质为：化学需氧量（ＣＯＤ）＝２　２３８～２　６２０　ｍｇ／Ｌ，Ｐ（ＮＨ：一Ｎ）：８０～９０　ｍｇ／Ｌ，总磷　（ＴＰ）＝１１～１４　ｍｇ／Ｌ，ｐＨ＝７．４～７．６，色度指标为３００～３５０倍，浊度指标为７．８～１０．４　ｍｇ／Ｌ。　１．２试验分析方法　５日生化需氧量（ＢＯＤ　）：稀释接种法；ＣＯＤ：重铬酸钾法；ＮＨ］一Ｎ：纳氏试剂分度法；ＴＰ：钼锑抗分光　光度法；色度：稀释倍数法；ｐＨ值：酸度计。　１．３预处理工艺流程　在常温条件下，取６个１　Ｌ烧杯装满等量的煤化工废水，分别投加不同量的聚合氯化铝铁（ｐｏｌｙ　ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ｆｅｒｒｕｍ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ，ＰＡＦＣ）溶液并在六联搅拌机上进行混凝试验。在混凝后的出水水样中，投加　

基金项目：国家“十二五”８６３计划基金项目（２０１２ＡＡ０６Ａ１１４）　作者简介：胡佳欣（１９９２一），女，陕西商洛人，硕士生；汤洁（１９５７一），女，通信作者，吉林长春人，教授，博士，博士生导师，主要从事　生态环境系统工程方面的研究．　收稿日期：２０１５—０６—１１　第６期　胡佳欣，等：混凝一芬顿联合预处理煤化工废水分析　・９７・　１０　ｍｍｏｌ／Ｌ的ＦｅＳＯ　及Ｈ　Ｏ：，改变芬顿系统的初始ｐＨ值后进行试验，反应时间为６０　ｍｉｎ。在芬顿反应　完成后，将所测水样ｐＨ值调至８．０左右，再加入质量分数为０．１％的聚丙烯酰胺（ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ，　ＰＡＭ），静置沉淀后取其上清液测ＣＯＤ。　

２结果与讨论　２．１　聚合氯化铝铁混凝　２．１．１初始ｐＨ值　试验期间改变ｐＨ值，ＰＡＦＣ投加量为３００　ｍｇ／Ｌ。混凝过程中，先快速搅拌３　ｒａｉｎ，然后慢速搅拌　１５　ｍｉｎ，最后静置１　ｈ，取上清液测量ＣＯＤ，其结果如图１和图２所示。　由图１可看出：当ｐＨ值小于３．５时，随着ｐＨ值的增加，混凝效果越来越好；当ｐＨ值大于３．５时，　随着ｐＨ值的增加，混凝效果下降。这是因为废水中的某些苯酚酮类物质在低ｐＨ值时开始脱稳，此外，　废水中的腐殖酸在酸性条件下絮凝，且其与混凝剂的结合性最好　。ｐＨ值不同，混凝剂生成的水解产　物不同，吸附颗粒以及压缩双电子层及电中合作用不同，混凝效果也不同。当ｐＨ值为３．５时，污泥静　沉比为１９％，浊度为０．６４　ｍｇ／Ｌ，混凝效果最佳。　

图１　不同ｐＨ值出水ＣＯＤ变化曲线　２．１．２最佳投加量　

莹　蚕　蓄　

蔷　鬟　量　

ＰＡＦＣ投加量／（ｍ￣ＪＬ）　图２　ＰＡＦＣ混凝后出水ＣＯＤ变化曲线　

毫　要　吕　

丑　

由图２可看出：当ＰＡＦＣ投加量小于４００　ｍｇ／Ｌ时，随着投加量的增加，混凝效果越来越好；当其大　于４００　ｍｇ／Ｌ时，混凝效果随着投加量的增加而下降。这是因为ＰＡＦＣ投加量较小时，增加ＰＡＦＣ的量　有助于混凝沉淀的充分进行；若ＰＡＦＣ投加量较多时，则可使胶体颗粒电荷的电性发生改变而形成新的　稳定体系。此外，当ＰＡＦＣ投加量为４００　ｍｇ／Ｌ时，烧杯中水样沉降状况良好，ＣＯＤ去除率最佳，可达　６５％以上，污泥沉降比为１６％，上清液浊度为　表１　正交试验结果　１．３６　ｍｇ／Ｌｏ　２．１．３混凝正交试验　综合考虑实际因素，试验在常温下进行，设计以　ＰＡＦＣ投加量、ｐＨ值、沉降时间为因素，进行３因素３　水平正交试验，结果如表１所示。　３个因素对处理效果影响程度从大到小的顺序　是：沉降时间＞ｐＨ值＞投加量。由此确定最佳的试　验操作条件：ＰＡＦＣ投加量为４００　ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值为３．５，　沉降时间为４５　ｍｉｎ。在此条件下，ＣＯＤ去除率可达　７０％以上，色度为８０倍，浊度为１．１３　ｍｇ／Ｌ。　２．２芬顿氧化反应　芬顿试剂在酸性的条件下产生・ＯＨ，一般来说　

・ＯＨ产生得越多，就越能有效降解有机物，降低污水　・９８・　河南科技大学学报：自然科学版　ＣＯＤ、氨氮及色度，并提高出水生化需氧量（ＢＯＤ）／化学需氧量（ＣＯＤ）　。　２．２．１　ｎ（Ｈ，Ｏ，）／ｎ（Ｆｅ“）对处理效果的影响　在常温下，对混凝后的出水进行芬顿氧化处理。控制ｐＨ值为４　０，Ｈ：Ｏ：投加量为１８　ｍｍｏｌ／Ｌ，　ｎ（Ｈ，Ｏ。）：／Ｚ（Ｆｅ　）按０．８：１、０．９：１、１：１、２：１、４：１、８：１的比例投加，反应时间６０　ｍｉｎ，调节ｐＨ值至８　左右，再加入质量分数为０．１％的ＰＡＭ，取其上清液Ｏｎ，０　ＣＯＤ。结果如图３所示。　图４通过改变Ｈ　Ｏ　的投加量，从而改变ｎ（Ｈ：Ｏ：）：ｎ（Ｆｅ“）的值，进而反映ＣＯＤ的变化规律。　由图４可见：当ｎ（Ｈ：Ｏ：）：ｎ（Ｆｅ　）小于１：１时，水样中ＣＯＤ去除率不断升高；当／／，（Ｈ：Ｏ：）：ｎ（Ｆｅ“）　为１：１时，去除率能达到最大值（６３．５５％左右），ＣＯＤ能降到３５３　ｍｇ／Ｌ左右；随着比值的增大，去除率　不断减小。这是因为当Ｆｅ　的浓度低时，Ｆｅ　的催化作用较弱，Ｈ　Ｏ：难以迅速产生羟基自由基，反应　速率低　；随着Ｆｅ　投加量的提高，反应速率变快；但是当再继续提高Ｆｅ　浓度时，多余的Ｆｅ　被Ｈ：Ｏ　氧化为Ｆｅ“，消耗部分Ｈ：Ｏ：，使得ＣＯＤ去除率下降。　

薄　害　Ｕ　

毫　要　昌　鬟　

垦　

一・一ＣＯＤ去除率　毫　邑　

吕　

ｎ（Ｈ２０２）／ｎ（Ｆｅ　）Ｈ２０２投加量，ｇ　图３　不同ｎ（Ｈ　Ｏ　）／ｎｆ　Ｆｅ“）反应出水后ＣＯＤ变化曲线　图４　不同Ｈ。Ｏ　投加量出水ＣＯＤ变化曲线　

２．２．２　Ｈ，Ｏ，投加量对处理效果的影响　ＦｅＳＯ　和Ｈ：Ｏ　的投加量ｎ（Ｈ　Ｏ　）：／７，（Ｆｅ　）为１．００，Ｈ　Ｏ　投加量按照图４中的比例进行投加，重　复２．２．１操作，取上清液测ＣＯＤ和ＢＯＤ，考察对污染物质去除率和可生化性的影响。　图５反映了不同Ｈ　Ｏ　投加量下ＢＯＤ的变化曲线，与图４相结合，可反映ＢＯＤ／ＣＯＤ的变化规律。　从图５可见：随着Ｈ　Ｏ　的投加量增加，ＢＯＤ也不断提高。当ｎ（Ｈ：Ｏ：）：ｎ（Ｆｅ。　）＝１．２５时，ＢＯＤ达到　最大值，ＢＯＤ／ＣＯＤ大于０．８。这是因为在Ｈ　Ｏ：浓度较低时，芬顿试剂只能使难降解的有毒物质的结构　被破坏成小分子结构的物质，无法进一步地矿化　。Ｈ　Ｏ　浓度不断升高，可以实现对小分子物质的进　一步氧化，使废水中ＣＯＤ持续下降。但随着・ＯＨ的继续增加，对ＢＯＤ的去除有抑制作用。　２．２．３初始ｐＨ值　图６显示了ＣＯＤ的去除率随着ｐＨ值的变化规律。由图６可知：初始ｐＨ值在３～４时，ＣＯＤ的去　

冀　昌　警　０　邑　

一・一ＢＯＤ　

Ｈ２０２投加量，ｇ　图５　不同Ｈ　Ｏ２投加量出水ＢＯＤ变化曲线　

毫　昌　∞　

鬟　

垦　

ｐＨ值　图６　不同ｐＨ值出水ＣＯＤ变化曲线　

意　邑　

８