芬頓和臭氧氧化法深度處理化工廢水的對比研究

芬頓和臭氧氧化法深度處理化工廢水的對比研究胡潔;王喬;周珉;許妍;王琴【摘要】隨著我國水環(huán)境形式的日益嚴峻以及污水排放標準的提高,傳統(tǒng)的化工廢水二級處理工藝已經(jīng)不能滿足廢水中污染物的去除要求.在查閱相關化工廢水處理技術文獻的基礎上,采用芬頓和臭氧氧化技術對某化工廠生化處理出水進行深度處理研究?研究發(fā)現(xiàn),芬頓最佳反應條件為pH為3,Fe2投加量為200mg/L,過氧化氫投加量為50mg/L,反應時間為2h,此條件下TOC的去除率可以達到48%;臭氧氧化技術對TOC的去除率隨著臭氧投加量的增加而升高.兩者相較而言，相同TOC去除率條件下芬頓氧化技術成本更低.期刊名稱】《四川環(huán)境》年(卷),期】2015(034)004【總頁數(shù)】4頁(P23-26)【關鍵詞】化工廢水;高級氧化法;臭氧氧化;芬頓氧化【作者】胡潔;王喬;周珉;許妍;王琴【作者單位】上?；瘜W工業(yè)區(qū)中法水務發(fā)展有限公司,上海201507;上海化學工業(yè)區(qū)中法水務發(fā)展有限公司,上海201507;上?；瘜W工業(yè)區(qū)中法水務發(fā)展有限公司,上海201507;上海化學工業(yè)區(qū)中法水務發(fā)展有限公司,上海201507;上?；瘜W工業(yè)區(qū)中法水務發(fā)展有限公司,上海201507【正文語種】中文【中圖分類】X703?試驗研究?水污染是當今人類社會廣泛關注的問題。工業(yè)生產(chǎn)過程中，尤其是化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中所排放的高濃度有機污染物，其中含有的有機物成分復雜多變，甚至有毒有害，采用簡單的物化處理方法無法完全降解或者轉(zhuǎn)化污染物質(zhì)，而采用生物法，由于難生物降解有毒有害污染物的存在，使得該方法往往難以滿足日益嚴苛的環(huán)保要求。而高級氧化法(AOP)作為預處理可將污染物直接礦化或通過氧化提高污染物的可生化降解性，降低毒性，作為深度處理可以進一步去除難生物降解COD，已引起水處理界越來越多的關注［1，2］。高級氧化技術(AOP)是近20年來水處理領域興起的新技術，通常指在環(huán)境溫度或壓力下通過產(chǎn)生具有高反應活性的羥基自由基(QH)來氧化降解有機污染物的處理方法。其中，芬頓氧化法和臭氧氧化法作為高級氧化技術中的常用技術，以其獨特的優(yōu)勢吸引了最多的關注。芬頓氧化法是通過芬頓試劑，即亞鐵鹽和過氧化氫的組合來產(chǎn)生具有很強氧化能力的羥基自由基(?OH),從而氧化降解有機污染物。芬頓氧化技術(Fe2+/H2O2)具有高效，選擇性小，對壓力溫度等反應條件要求低，反應速度快等特點［3，4］。臭氧氧化法是在通過臭氧常溫常壓下分解產(chǎn)生的羥基自由基(QH)氧化水中的有機污染物。臭氧氧化能力強，能與許多有機物或官能團發(fā)生反應，對除臭，脫色，殺菌，去除有機物效果明顯，處理后廢水中臭氧易分解，不產(chǎn)生二次污染［5~7］。本實驗對芬頓氧化和臭氧氧化兩種高級氧化技術深度處理化工生化處理出水效果研究和比較，考察芬頓試劑投加量和臭氧投加量對去除總有機碳(TOC)的影響，確定最佳工藝條件；同時比較兩種高級氧化技術的優(yōu)劣，進行成本核算，為化工廢水深度處理工藝的選擇作初步探索。此次實驗廢水來自某化工污水處理廠經(jīng)生化處理后的出水，出水水質(zhì)CODcr平均值為83mg/L,TOC平均值為33mg/L，氨氮平均值為2.4mg/L，總磷平均值為0.45mg/L。該廠現(xiàn)執(zhí)行上海市污水綜合排放(DB31/199-2009)二級標準。(1)試劑高純氧099.99%);淀粉、硫代硫酸鈉、碘化鉀、過氧化氫溶液(30%)、七水合硫酸亞鐵、硫酸(98%)和氫氧化鈉均為分析純。(2)儀器OzoniaLab2B臭氧發(fā)生器；余姚市銀環(huán)流量儀表有效公司LZB-3B氣體流量計；武漢市梅宇儀器有限公司MY3000-6C智能型混凝試驗攪拌儀；日本島津TOC-VCPHTOC分析儀。(3)分析方法HJ501總有機碳測定燃燒氧化-非分散紅外吸收法；CJ3028.2-94臭氧測定碘量法。(1)芬頓實驗方法與裝置芬頓實驗采用燒杯試驗法。在一系列的250mL燒杯中盛入100mL的生化處理后出水，利用六連攪拌器使溶液處于快速攪拌的狀態(tài)，根據(jù)實驗要求加入硫酸調(diào)節(jié)其pH為3后，加入一定量的過氧化氫和硫酸亞鐵，反應2h。反應結束后加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)水樣pH至7.5左右，然后靜置2h取上清液作水質(zhì)分析，反應裝置如圖1所示。臭氧反應器采用的是定制的帶有臭氧曝氣裝置的4L玻璃反應器。臭氧是由臭氧發(fā)生器以高純度的氧氣為氣源產(chǎn)生，其功率可以調(diào)節(jié)以改變臭氧發(fā)生濃度。第二旁路用于臭氧濃度的測定，過量的臭氧由第三旁路KI溶液吸收，反應裝置如圖2所示。⑴H2O2投加量對TOC去除效果的影響控制pH為3,Fe2+投加量為300mg/L，過氧化氫投加量分別為50、100、200、300mg/L，反應時間為2h，測定不同過氧化氫投加量對TOC去除效果的影響，結果如圖3所示。從圖3可以看出，過氧化氫投加量從50mg/L增加到300mg/L,TOC的去除率變化很小，均在45%左右，這一研究結果與汪林等［8，9］人的相似。在H2O2濃度較低的情況下，隨著H2O2濃度的提高，產(chǎn)生的?OH也隨之增加；但是當H2O2濃度過高時，多余的H2O2不能通過分解產(chǎn)生更多的羥基自由基，反而會在反應初始將Fe2+氧化為Fe3+，使反應在Fe3+的催化下進行，不僅抑制了?OH的產(chǎn)生，而且浪費了H2O2。對于試驗水樣來說，在試驗范圍內(nèi)，當過氧化氫的濃度超過50mg/L時，TOC的去除率變化不明顯。⑵Fe2+投加量對TOC除效果的影響控制pH為3,過氧化氫投加量為50mg/L,Fe2+投加量分別為50、100、150、200、300mg/L，反應時間為2h，測定不同F(xiàn)e2+投加量對TOC去除效果的影響，結果如圖4所示。從圖4可以看出，F(xiàn)e2+投加量在200mg/L時，TOC去除率最高，達到48%。投加量在50mg/L到200mg/L的范圍內(nèi)，TOC的去除率隨著Fe2+投加量的增加而升高，高于200mg/L,TOC去除率開始下降。Fe2+作為催化劑，投加量的大小需根據(jù)過氧化氫的濃度來確定。投加量太小，導致?OH的產(chǎn)生量低且速率慢，降解過程受到抑制；投加量太大，F(xiàn)e2+會還原產(chǎn)生的?OH生成Fe3+，不僅消耗氧化劑還會增加出水色度。因此，可以考慮200mg/L為Fe2+的最佳投加量。在試驗水樣pH為中性條件下，不同臭氧投加量對TOC去除效果的影響如圖5所示。由圖5可以看出，當臭氧投加量為139mg/L時，TOC的去除率為26%;當臭氧投加量增加一倍，達到278mg/L時，TOC的去除率增加為40%;當臭氧投加量達到835mg/L時，TOC的去除率可以達到66%。TOC的去除率隨著臭氧投加量的增加而升高，但是增加幅度逐漸減小，這一研究結果與楊德敏等［10，11］人的相似。如果進一步提高臭氧投加量，TOC的去除率可能會進一步提升，但是在實際運行中需要考慮處理成本。當臭氧投加量為139mg/L時，TOC出水即可達到上海市污水綜合排放（DB31/199-2009）二級標準。若要到達與芬頓氧化技術相同的TOC去除率48%，則臭氧投加量需為417mg/L。從TOC去除效果來看，對于芬頓氧化技術，當過氧化氫和Fe2+達到最佳投加量50mg/L和200mg/L時，TOC的去除率可以達到48%；對于臭氧氧化技術，若要達到相同的TOC去除率，臭氧投加量需達到417mg/L。從運行管理角度來看，對于芬頓氧化技術，不需要高溫高壓，設備簡單，但是使用的藥劑種類多，反應條件苛刻、對設備的防腐要求高，反應后會產(chǎn)生鐵泥，增加處理成本；對于臭氧氧化技術，原料來源易得且運輸方便，反應后氧化物轉(zhuǎn)化成氧氣和水，不產(chǎn)生二次污染，但是臭氧發(fā)生器電耗較高，由于臭氧的強氧化性會對設備管道造成腐蝕，且臭氧超過一定濃度會對人體造成傷害。從處理成本角度來看，對于芬頓氧化技術，在芬頓試劑的最佳投加量條件下，即過氧化氫和Fe2+的投加量分別為50mg/L和200mg/L，處理每噸試驗廢水需要花費的能耗費用，藥劑成本以及后續(xù)污泥處理成本總共約為4.5元（能耗費用：0.7元/KWh；30%過氧化氫：1800元/t；七水合硫酸亞鐵：300元/t:污泥