Fenton試劑氧化微電解接觸氧化法處理丙烯腈廢水實(shí)驗(yàn)研究

1、第37卷第4期2007年7月吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(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 處理丙烯月青廢水實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)采用Fenton試劑氧化-微電解-接觸氧化組合工藝處理丙烯月青廢水。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(shí)間2h的前 提下,雙氧水投加量40mL/L,二價(jià)鐵離子質(zhì)量濃度為0.4g/L,再經(jīng)過微電解處理后

2、的出水進(jìn)入接觸氧化階 段。在溶解氧為4.5mg/L左右，水力停留時(shí)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(duì)丙烯月青廢水處理要求的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞:丙烯月青廢水；Fenton試劑氧化;微電解;接觸氧化中圖分類號(hào):X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)：1671-5888(2007)04-0793-04 StudyontheTreatmentofAcrylonitrileWastewaterbyFentonReagent, Micro2electrolysisandBiologicalContactOxidationProcess

3、 ZOUDong2lei,WANGHong2yan,YANGJin2ling,ZHANGChun2li,ZHANGGuang2ming,ZHANGSi2xiangCollegeofEnvironmentandResources,JilinUniversity,Changchun 130026,ChinaAbstract:ThecombinedprocessofFentonreagent,Micro2electrolysisandBiologicalcontact oxida2tionisproposedtotreattheAcrylonitrilewastewater.Theoptimalte

4、chnologicalconditi onsandtheeffectofthisprocessarediscussed.Theresultsshowthatbyprovidingwastewatersp Hofabout3andreactiontimeof2hours,thequantityofH2020f40mL/L,theconcentrationoffer rousironis0.4g/L,theeffluentofmicro2electrolysisgoesintoBiologicalcontactoxidationpro cess,inwhichDO,HRTandvolumeload

5、are4.5mg/L,10hoursand1.0kgCODCr/(m3#d)respe ctively,satisfyingthefirstgradeofthenationalstandard.Keywords:Acrylonitrilewastewater;Fentonreagent;micro2electrolysis;biologicalcontact oxidation丙烯月青作為一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于 制造月青綸纖維，丁月青橡膠,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。

6、作為一種工業(yè)廢水，丙烯月青廢水有其獨(dú)特的地收稿日期:2007-04-10基金項(xiàng)目：吉林省環(huán)境保護(hù)局科研基金項(xiàng)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,還含有少量丙烯月青（AN）及其低聚物2。對(duì)于低濃度的丙烯月青廢 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(bào)（地

7、球科學(xué)版）第37卷成國內(nèi)丙烯月青污水處理場 CODCr達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)的主要原因。又考慮到丙烯月青 的毒性，直接進(jìn)生物處理比較困難。故本試驗(yàn)通過預(yù)處理去除丙烯月青及低聚物然后 進(jìn)行生化處理。本工作設(shè)計(jì)了一個(gè)組合工藝即 Fenton試劑氧化-微電解-接觸氧化對(duì)丙烯月青廢水進(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(duì)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(duì)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

8、，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45mg/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(gè)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(dòng)物，微生物培養(yǎng)掛膜階段完畢。1實(shí)驗(yàn)部分污水水質(zhì)特征實(shí)驗(yàn)所用污水水質(zhì)特征如表1所示。表仃able1項(xiàng)目CODCr/（mg#L-1） 1989 污水水質(zhì)特征ThequalityofwastewaterAN/(mg#L-1)4.736BOD5

9、/(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投加量對(duì)CODCr去除量的影響H2O2的濃度直接影響到#OH的產(chǎn)生速率和工藝流程根據(jù)Fenton試劑氧化與微電解的實(shí)驗(yàn)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?yàn)橄任㈦娊庠貴enton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(jià)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)

10、監(jiān)測運(yùn)行結(jié)果。1.3實(shí)驗(yàn)方法預(yù)處理部分的試驗(yàn)在Fenton試劑氧化后微電解的預(yù)處理階段，在靜態(tài)實(shí)驗(yàn)條件下確定最佳試驗(yàn)參數(shù)， 取水樣500mL于燒杯中，同時(shí)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同液 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。生物接觸氧化階段經(jīng)預(yù)處理的丙烯月青廢水進(jìn)入接觸氧化單元，該單元由高位槽、流量計(jì)、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(yùn)行方式為水7944產(chǎn)生

11、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投力口量對(duì)CODCr去除率影響的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)在pH=3,Fe=0.5g/L,反應(yīng)時(shí) 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(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1706050403020求葩麋KtaoQ0LL001020304050H。投加量，(mL L*1)t-氧化后COD口微電解后CODc,一總?cè)コ蕂2+圖1Fig.1H2O2投加量對(duì)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

12、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(shí),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月青廢水實(shí)驗(yàn)研究 水含低聚物，使得雙氧水在對(duì)其進(jìn)行氧化時(shí)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(shí)是過量的，測定CODCr時(shí)消耗部 分重銘酸鉀，所以在雙氧水用量較少時(shí)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)增力口 H2O2濃度,氧化

13、后CODCr的濃度略有上升的趨勢，這主 要是因?yàn)樵陔p氧水濃度較低時(shí)，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/L0在微電解階段,CODCr降解的較快，去除率增加的也很明顯，最高可達(dá)65%,這是因?yàn)榍耙浑A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(duì)廢水CODCr去除率的影響選擇實(shí)驗(yàn)條件為：pH=3,30%H2O2=35mL/L,反應(yīng)時(shí)間為2h,不同濃度的Fe2+X寸 COD本、潮健也占clou 6 2 8 4 5.5.4 4 6 6 6 6011

14、116400.2040.60.8 (Fe2+)/(g L)_ 氧化后CODa 微電解后CODct 總?cè)コ蔆r2+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(shí)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(yàn)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(shí)間越長處理 水CODCr值越低，處理效果越好；但也存在著停留時(shí)間長所需反應(yīng)器體積大，不經(jīng)濟(jì) 的問題。本試驗(yàn)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?cè)?，結(jié)果見表2。從表2可知,COD

15、Cr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(shí)，出水CODCr均在100mg/L 以上;容積負(fù)荷低于1.0kgCODCr/(m#d)時(shí)，出水CODCr均在100mg/L以下。因此， 根據(jù)實(shí)驗(yàn)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),止匕時(shí)水力停留時(shí)間為10h。2.4接觸氧化部分的穩(wěn)定運(yùn)行階段在DO約為4.5mg/L,水力停留時(shí)間10h,容積負(fù)荷為1.01.1kgCODCr/(m#d)的條件 下連續(xù)監(jiān)測進(jìn)出水情況43d,具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3(TuEEXJUdoo運(yùn)行時(shí)間/dt-進(jìn)水C0Dq -出水

16、CO-1一*一去除率所示。33能氧化二價(jià)鐵生成三價(jià)鐵，抑制羥基自由基的形成。有機(jī)負(fù)荷及接觸停留時(shí)間，對(duì) CODCr去除率進(jìn)行測圖 2Fig.2Fe2+離子濃度對(duì)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(shí),CODCr值最小，F(xiàn)e2+離子濃 度再增加,CODCr值減小不明顯。這是因?yàn)镕e的存在起到催化作用，但當(dāng)濃度過高 時(shí),大量的Fe2+崔化，使H2O2極快分解產(chǎn)

17、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破加量的增加而一 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(yùn)行情況Thestableoperationofcontactoxygenstage圖3可以看出，進(jìn)水CODCr濃度波動(dòng)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?yàn)閷?duì)于丙烯月青及低聚物 這類物質(zhì)，在預(yù)處理階段即被降解或由難降解白有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易降解的有機(jī)物，795吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版）第37卷表2Table2水力停留時(shí)間/h15151

18、5101010106661.250.75不同有機(jī)負(fù)荷及接觸時(shí)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)-0.6460.6970.7490.9361.0251.0821.0981.433

19、1.5031.4181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(yùn)行。Treatment,2001,21(9):11-14.3楊琦,文湘華，孟耀斌，等.膜生物反應(yīng)器處理丙烯月青廢水實(shí)驗(yàn)研究J.環(huán)境科學(xué),2000,21(2):85-87.YANGQi,WENXiang2hua,MENGYao2bin,etal.TreatmentofPropenylcyanidewastew aterbyusingmembranehybridbioreactorJ.EnvironmentScience,2000,21(2):85-87.4 范炳均，龐術(shù)榮，沈彩琴，等.微電解-生物濾塔法預(yù)處理含月

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