Fenton試劑氧化_微電解_接觸氧化法處理丙烯腈廢水實驗研究

1、第37卷 第4期 2007年7月 吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版)JournalofJilinUniversity(EarthScienceEdition) Vol.37 No.4 July2007 Fenton試劑氧化-微電解-接觸氧化法處理丙烯腈廢水實驗研究鄒東雷,王紅艷,楊金玲,張春利,張廣明,張思相吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,長春 130026摘要:實驗采用Fenton試劑氧化-微電解-接觸氧化組合工藝處理丙烯腈廢水。研究了各單元工藝的最佳控制參數(shù)和操作條件。結(jié)果表明,在廢水pH值為3左右、反應(yīng)時間2h的前提下,雙氧水投加量40mL/L,二價鐵離子質(zhì)量濃度為0.4g/L,再經(jīng)過微電解處理后的出水

2、進(jìn)入接觸氧化階段。在溶解氧為4.5mg/L左右,水力停留時間為10h、容積負(fù)荷1.0kgCODCr/(m3#d)左右的條件下,出水CODCr小于100mg/L,可達(dá)到國家對丙烯腈廢水處理要求的一級標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞:丙烯腈廢水;Fenton試劑氧化;微電解;接觸氧化中圖分類號:X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-5888(2007)04-0793-04StudyontheTreatmentofAcrylonitrileWastewaterbyFentonReagent,Micro2electrolysisandBiologicalContactOxidationProcessZOUDong

3、2lei,WANGHong2yan,YANGJin2ling,ZHANGChun2li,ZHANGGuang2ming,ZHANGSi2xiangCollegeofEnvironmentandResources,JilinUniversity,Changchun 130026,ChinaAbstract:ThecombinedprocessofFentonreagent,Micro2electrolysisandBiologicalcontactoxida2tionisproposedtotreattheAcrylonitrilewastewater.Theoptimaltechnologic

4、alconditionsandtheeffectofthisprocessarediscussed.TheresultsshowthatbyprovidingwastewaterspHofabout3andreactiontimeof2hours,thequantityofH2O2of40mL/L,theconcentrationofferrousironis0.4g/L,theeffluentofmicro2electrolysisgoesintoBiologicalcontactoxidationprocess,inwhichDO,HRTandvolumeloadare4.5mg/L,10

5、hoursand1.0kgCODCr/(m3#d)respectively,satisfyingthefirstgradeofthenationalstandard.Keywords:Acrylonitrilewastewater;Fentonreagent;micro2electrolysis;biologicalcontactoxidation 丙烯腈作為一種重要的化工原料,廣泛應(yīng)用于制造腈綸纖維,丁腈橡膠,ABS工業(yè)塑料和合成樹脂等領(lǐng)域。但是其在生產(chǎn)和使用過程中有大量廢水排放,是環(huán)境中重要的有害污染物之一,不僅破壞水體生態(tài)系統(tǒng),還危害人類的健康。作為一種工業(yè)廢水,丙烯腈廢水有其獨特的地收

6、稿日期:2007-04-10基金項目:吉林省環(huán)境保護(hù)局科研基金項目(2005-02)作者簡介:鄒東雷(1964-),男,吉林長春人,教授,博士,主要從事環(huán)境工程方面的教學(xué)和科研工作,TelE2mail:zoudl。1方:除水質(zhì)復(fù)雜、含多種有機(jī)化合物、CODCr濃度高外,還含有少量丙烯腈(AN)及其低聚物2。對于低濃度的丙烯腈廢水,目前出水存在的問題是大部分CODCr不達(dá)標(biāo)。由于AN易于生化降解去除,低聚物由于分子量較高,屬難于生物降解的污染物質(zhì),采用常規(guī)生物處理極難去除3。因此,低聚合物是造吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版) 第37卷成國內(nèi)丙烯腈污水處理場CODCr達(dá)不到

7、排放標(biāo)準(zhǔn)的主要原因。又考慮到丙烯腈的毒性,直接進(jìn)生物處理比較困難。故本試驗通過預(yù)處理去除丙烯腈及低聚物然后進(jìn)行生化處理。本工作設(shè)計了一個組合工藝即Fenton試劑氧化-微電解-接觸氧化對丙烯腈廢水進(jìn)行處理,考察了各單元工藝的最佳條件及處理效果。力推流式,采用連續(xù)進(jìn)水連續(xù)出水。池內(nèi)設(shè)組合填料用于微生物掛膜,填料填充率為75%。池底設(shè)微孔曝氣器,均勻曝氣并為生物膜的更新提供水力剪切力。污泥的培養(yǎng)馴化對于生物法來說至關(guān)重要,本文采用接種培養(yǎng)馴化的方法對污泥進(jìn)行馴化。從第一汽車制造廠污水處理廠曝氣池取約8L活性良好的活性污泥,投加到生物反應(yīng)池內(nèi),將池內(nèi)注滿水,通過調(diào)節(jié)泵的流量控制溶解氧濃度DO約為45

8、mg/L,連續(xù)曝氣24h,此后取生活污水加入曝氣3d,發(fā)現(xiàn)填料表面有少量的土黃色生物膜,以后加預(yù)處理后的工業(yè)水,逐漸增加比例,1個月后,容積負(fù)荷提高到0.9kgCODCr(m3/d),CODCr去除率達(dá)80%以上,出水水質(zhì)穩(wěn)定,經(jīng)過鏡檢生物膜,發(fā)現(xiàn)腎形蟲,漫游蟲,鐘蟲等原生動物,微生物培養(yǎng)掛膜階段完畢。11.1實驗部分污水水質(zhì)特征實驗所用污水水質(zhì)特征如表1所示。表1Table1項目CODCr/(mg#L-1)1989污水水質(zhì)特征ThequalityofwastewaterAN/(mg#L-1)4.736BOD5/(mg#L-1)744pH值7.34原水水質(zhì)2.1結(jié)果與討論預(yù)處理部分H2O2投加

9、量對CODCr去除量的影響H2O2的濃度直接影響到#OH的產(chǎn)生速率和1.2工藝流程根據(jù)Fenton試劑氧化與微電解的實驗條件,pH值要求都是3左右,前者反應(yīng)后溶液pH值基本不變化;而微電解后,溶液pH值將上升至6左右,因為先微電解再Fenton試劑氧化的工藝需要多一步調(diào)節(jié)pH值的步驟,所以選擇先Fenton試劑氧化后微電解的預(yù)處理工藝,生化處理選擇接觸氧化。具體流程如下:原水經(jīng)過加酸調(diào)節(jié)至pH值為3左右,加入二價鐵離子,雙氧水,反映2h左右后,進(jìn)微電解反應(yīng)器。出水經(jīng)過絮凝沉淀后進(jìn)入接觸氧化反應(yīng)器,連續(xù)監(jiān)測運行結(jié)果。1.3實驗方法1.3.1預(yù)處理部分的試驗在Fenton試劑氧化后微電解的預(yù)處理階

10、段,在靜態(tài)實驗條件下確定最佳試驗參數(shù),取水樣500mL于燒杯中,同時用酸式滴定管滴加硫酸以調(diào)節(jié)溶液pH值至3左右,加一定質(zhì)量的硫酸亞鐵后加雙氧水進(jìn)行氧化5,反應(yīng)2h后,在鐵碳體積比1B2,固液比1B3的條件下進(jìn)行微電解反應(yīng)1.5h,反應(yīng)結(jié)束后調(diào)解pH值至8左右,加絮凝劑進(jìn)行沉淀后測定CODCr值。1.3.2生物接觸氧化階段經(jīng)預(yù)處理的丙烯腈廢水進(jìn)入接觸氧化單元,該單元由高位槽、流量計、生物接觸氧化反應(yīng)器、曝氣系統(tǒng)等組成。接觸氧化反應(yīng)器為折流板反應(yīng)器,分為3格,每格有效容積為8L左右。運行方式為水7944產(chǎn)生量,進(jìn)而影響廢水中有機(jī)污染物的氧化降解效率。為得到H2O2的最佳投加量,進(jìn)行H2O2投加量

11、對CODCr去除率影響的實驗,實驗在pH=3,Fe=0.5g/L,反應(yīng)時間為2h的條件下進(jìn)行,氧化后再進(jìn)行微電解反應(yīng)1.5h,實驗結(jié)果見圖1。2+圖1Fig.1H2O2投加量對CODCr去除率的影響CODCrremovalratiocorrespondingtodifferentH2O2concentration從圖1中可以發(fā)現(xiàn),在一定的pH值和Fe2+濃度條件下,在氧化階段,隨著雙氧水濃度的增加,CODCr的濃度出現(xiàn)了在開始階段比原水高后逐漸減少的現(xiàn)象。當(dāng)H2O2濃度低于20mL/L時,由于原第4期 鄒東雷,等:Fenton試劑氧化-微電解-接觸氧化法處理丙烯腈廢水實驗研究水含低聚物,使得雙

12、氧水在對其進(jìn)行氧化時先把大環(huán)或難降解的有機(jī)物降解為小環(huán)或易降解的有機(jī)物,再加上Fe2+在雙氧水較少時是過量的,測定CODCr時消耗部分重鉻酸鉀,所以在雙氧水用量較少時出現(xiàn)了出水CODCr高于原水的現(xiàn)象。隨著H2O2濃度的增加,CODCr值逐漸降低,當(dāng)H2O2濃度達(dá)到35mL/L,CODCr的濃度最低1450mg/L,繼續(xù)增加H2O2濃度,氧化后CODCr的濃度略有上升的趨勢,這主要是因為在雙氧水濃度較低時,濃度的增加可以加大羥基自由基的生成,但當(dāng)雙氧水濃度升高到一定程度后,雙氧水破壞生成的羥基自由基,造成雙氧水自身無效分解。過多的雙氧水還可故確定雙氧水的最佳濃度為35mg/L。在微電解階段,C

13、ODCr降解的較快,去除率增加的也很明顯,最高可達(dá)65%,這是因為前一階段的處理使得微電解反應(yīng)更易進(jìn)行。2.2預(yù)處理部分Fe離子濃度對廢水CODCr去除率的影響選擇實驗條件為:pH=3,30%H2O2=35mL/L,反應(yīng)時間為2h,不同濃度的Fe2+對CODCr2+的去除率基本相同,綜合考慮兩階段的結(jié)果,確定Fe2+最佳濃度為0.4g/L左右。2.3接觸氧化反應(yīng)器水力停留時間及容積負(fù)荷的確定有機(jī)物容積負(fù)荷是反映生物接觸氧化法凈化效能的主要指標(biāo)。由于多方面因素一般通過試驗來確定有機(jī)物容積負(fù)荷。在相同進(jìn)水水質(zhì)條件下,停留時間越長,處理水CODCr值越低,處理效果越好;但也存在著停留時間長所需反應(yīng)器

14、體積大,不經(jīng)濟(jì)的問題。本試驗進(jìn)水采用預(yù)處理后廢水,在室溫下,控制反應(yīng)器溶解氧值在4.5mg/L左右的條件下,改變試,結(jié)果見表2。從表2可知,CODCr去除率隨著CODCr容積負(fù)荷的增加逐漸減小趨勢。當(dāng)容積負(fù)荷大于1.1kgCODCr/(m#d)時,出水CODCr均在100mg/L以上;容積負(fù)荷低于1.0kgCODCr/(m#d)時,出水CODCr均在100mg/L以下。因此,根據(jù)實驗結(jié)果,確定該生物接觸氧化系統(tǒng)的有機(jī)物容積負(fù)荷為1.01.1kgCODCr/(m#d),此時水力停留時間為10h。2.4接觸氧化部分的穩(wěn)定運行階段在DO約為4.5mg/L,水力停留時間10h,容積負(fù)荷為1.01.1k

15、gCODCr/(m#d)的條件下連續(xù)監(jiān)測進(jìn)出水情況43d,具體試驗數(shù)據(jù)如圖3所示。33能氧化二價鐵生成三價鐵,抑制羥基自由基的形成。有機(jī)負(fù)荷及接觸停留時間,對CODCr去除率進(jìn)行測圖2Fig.2Fe2+離子濃度對CODCr去除率的影響CODCrremovalratiocorrespondingtodifferentFe2+concentration去除率的影響見圖2。由圖2可見,在Fenton試劑氧化階段,隨著Fe2+離子濃度的增大CODCr值逐漸減小,當(dāng)Fe離子濃度達(dá)到0.5g/L時,CODCr值最小,Fe2+離子濃度再增加,CODCr值減小不明顯。這是因為Fe的存在起到催化作用,但當(dāng)濃度過

16、高時,大量的Fe2+催化,使H2O2極快分解產(chǎn)生大量的#OH,它們未來得及氧化有機(jī)物便發(fā)生了相互間的自由基反應(yīng),從而使得處理效率并不隨Fe2+投加量的增加而一直提高。經(jīng)過微電解以后,CODCr2+2+圖3Fig.3接觸氧化階段的穩(wěn)定運行情況Thestableoperationofcontactoxygenstage圖3可以看出,進(jìn)水CODCr濃度波動不大,在700mg/L左右,去除率保持在85%以上,CODCr濃度在100mg/L以下,可以滿足出水要求,這是因為對于丙烯腈及低聚物這類物質(zhì),在預(yù)處理階段即被降解或由難降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易降解的有機(jī)物,795吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版) 第37卷 表

17、2Table2水力停留時間/h151515101010106661.250.75不同有機(jī)負(fù)荷及接觸時間下的CODCr去除率CODCrremovalratiotrendfordifferentHRTandorganicloading進(jìn)水CODCr/(mg#L-1)686757802704756813850721763786出水CODCr/(mg#L-1)406053807392118148162213去除率/%94.1792.0793.3988.6490.3488.6886.1279.4778.7672.14有機(jī)負(fù)荷/kgCODCr(m3#d)-0.6460.6970.7490.9361.025

18、1.0821.0981.4331.5031.4181進(jìn)水流量/(L#h-1)0.5使得接觸氧化容易進(jìn)行,裝置穩(wěn)定運行。Treatment,2001,21(9):11-14.3楊琦,文湘華,孟耀斌,等.膜生物反應(yīng)器處理丙烯腈廢水實驗研究J.環(huán)境科學(xué),2000,21(2):85-87.YANGQi,WENXiang2hua,MENGYao2bin,etal.TreatmentofPropenylcyanidewastewaterbyusingmembranehybridbioreactorJ.EnvironmentScience,2000,21(2):85-87.4范炳均,龐術(shù)榮,沈彩琴,等.微電

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