Fenton試劑—好氧活性污泥法處理鄰苯二甲酸二丁酯廢水

邱 松，李昕陽，楊芳芳，魏令勇

（中國石化 北京化工研究院環(huán)保所， 北京 100013）

Fenton試劑—好氧活性污泥法處理鄰苯二甲酸二丁酯廢水

邱 松，李昕陽，楊芳芳，魏令勇

（中國石化 北京化工研究院環(huán)保所， 北京 100013）

采用Fenton氧化—好氧活性污泥法處理鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）廢水，優(yōu)化了Fenton氧化反應(yīng)的工藝條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在H2O2加入量4 g/L、Fe2+加入量200 mg/L、反應(yīng)溫度60 ℃、廢水pH 4、反應(yīng)時(shí)間60 min的最佳工藝條件下，F(xiàn)enton氧化出水COD為200～250 mg/L，DBP質(zhì)量濃度約為0.10 mg/L；在污泥質(zhì)量濃度2 000 mg/L、DO 2～3 mg/L、水力停留時(shí)間8 h的條件下，好氧活性污泥法處理出水的COD基本低于50 mg/L，DBP質(zhì)量濃度約為0.05 mg/L，均滿足GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，可達(dá)標(biāo)排放。

鄰苯二甲酸二丁酯；Fenton試劑；好氧活性污泥法；廢水處理

鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）是一種應(yīng)用廣泛的人工合成有機(jī)物，主要作為增塑劑和軟化劑使用在塑料、汽車、潤滑劑和農(nóng)藥等行業(yè)［1］。DBP是一種環(huán)境激素，可以積累在人體內(nèi)，模擬雌激素的作用干擾人體分泌系統(tǒng)［2-3］。DBP污染水體會對環(huán)境中的微生物群落產(chǎn)生影響，破壞生態(tài)系統(tǒng)。我國已將DBP列為環(huán)境優(yōu)先監(jiān)測污染物［4］。

DBP屬于難降解有機(jī)物，常見的處理方法有生物降解、萃取、活性炭吸附和高級氧化等［5-10］。DBP在環(huán)境中的降解速率緩慢，生物降解效果不明顯。高級氧化法處理DBP廢水具有效果好、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)［11-12］。Fenton氧化作為廢水處理工藝得到了廣泛的研究和應(yīng)用［13-15］。

本工作采用Fenton氧化處理DBP廢水，考察了H2O2加入量、Fe2+加入量、反應(yīng)溫度、廢水pH和反應(yīng)時(shí)間等工藝條件對廢水中COD和DBP去除效果的影響。采用好氧活性污泥法對Fenton氧化后的廢水進(jìn)行深度處理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 廢水水質(zhì)

廢水取自某化纖廠1，4丁二醇裝置排水，COD為1 000～1 200 mg/L，DBP質(zhì)量濃度為30～50 mg/L，pH為7.5～8.2。

1.2 試劑和儀器

H2O2（30% w）、FeSO4·7H2O和NaOH均為分析純。

PPS-5511型平行合成儀：日本東京理化器械株式會社；Waters2695型高效液相色譜儀：沃特世科技有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

取60 mL廢水加入到平行合成儀反應(yīng)池中，調(diào)節(jié)廢水pH，加入Fenton試劑，在轉(zhuǎn)速300 r/min條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，調(diào)節(jié)廢水pH至中性，靜止后取上層清液測定其中COD和DBP質(zhì)量濃度。

采用好氧活性污泥法對Fenton氧化后的廢水進(jìn)行深度處理，污泥質(zhì)量濃度為2 000 mg/L，DO為2～3 mg/L，水力停留時(shí)間8 h。

1.4 分析方法

采用重鉻酸鉀法測定COD［16］；采用液相色譜儀測定DBP質(zhì)量濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 H2O2加入量對COD和DBP去除效果的影響

在Fe2+加入量200 mg/L、廢水pH 4、常溫、反應(yīng)時(shí)間90 min的條件下，H2O2加入量對COD和DBP去除效果的影響見圖1。

圖1 H2O2加入量對COD和DBP去除效果的影響

由圖1可見：隨著H2O2加入量的增大，廢水中COD和DBP質(zhì)量濃度都顯著下降；當(dāng)H2O2加入量為4 g/L時(shí)，廢水中COD為346 mg/L，COD去除率為69.1%， DBP質(zhì)量濃度為4.60 mg/L，DBP去除率為89.3%；當(dāng)H2O2加入量超過4 g/L后，廢水中COD和DBP質(zhì)量濃度變化不大，這是由于過高濃度的H2O2會作為·OH的清除劑，將·OH轉(zhuǎn)化為·O2H，降低Fenton反應(yīng)的效果［13］。故本實(shí)驗(yàn)選擇H2O2加入量為4 g/L較適宜。

2.2 Fe2+加入量對COD和DBP去除效果的影響

Fe2+是Fenton反應(yīng)的催化劑，其加入量對H2O2的利用率有很大的影響。在H2O2加入量4 g/L、廢水pH 4、常溫、反應(yīng)時(shí)間90 min的條件下，F(xiàn)e2+加入量對COD和DBP去除效果的影響見圖2。由圖2可見，隨著Fe2+加入量的增加，廢水中COD和DBP質(zhì)量濃度呈現(xiàn)先下降后逐漸增大的趨勢，這是因?yàn)檫^量的Fe2+會迅速催化H2O2分解產(chǎn)生·OH，導(dǎo)致·OH積累進(jìn)而飽和，因此再增加Fe2+的量并不能繼續(xù)提高Fenton反應(yīng)的氧化效果［17］，反而會造成H2O2的浪費(fèi)，降低氧化效果。當(dāng)Fe2+加入量為200 mg/L時(shí)，F(xiàn)enton氧化效果最好，廢水COD為356 mg/L，COD去除率為70.3%；DBP質(zhì)量濃度為4.80 mg/L，DBP去除率為90.4%。

圖2 Fe2+加入量對COD和DBP去除效果的影響

2.3 反應(yīng)溫度對COD和DBP去除效果的影響

在H2O2加入量4 g/L、Fe2+加入量200 g/L、廢水pH 4、反應(yīng)時(shí)間90 min的條件下，反應(yīng)溫度對COD和DBP去除效果的影響見圖3。

圖3 反應(yīng)溫度對COD和DBP去除效果的影響

由圖3可見：隨著反應(yīng)溫度的升高，廢水COD和DBP質(zhì)量濃度均呈現(xiàn)先下降后增大的趨勢；當(dāng)反應(yīng)溫度為60 ℃時(shí)，廢水COD和DBP質(zhì)量濃度最低，分別為240 mg/L和0.12 mg/L；當(dāng)反應(yīng)溫度超過60 ℃后，廢水COD和DBP質(zhì)量濃度逐漸增加，這是由于反應(yīng)溫度過高導(dǎo)致H2O2容易分解為H2O和O2，降低了Fenton反應(yīng)的氧化效果。故本實(shí)驗(yàn)選擇反應(yīng)溫度為60 ℃較適宜。

2.4 廢水pH對COD和DBP去除效果的影響

Fenton反應(yīng)需要在酸性條件下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)所用廢水水質(zhì)偏堿性，因此需要調(diào)節(jié)pH后再進(jìn)行反應(yīng)。在H2O2加入量4 g/L、Fe2+加入量200 mg/L、反應(yīng)溫度60 ℃、反應(yīng)時(shí)間90 min的條件下，廢水pH對COD和DBP去除效果的影響見圖4。由圖4可見：隨著廢水pH的增加，廢水COD和DBP質(zhì)量濃度先降低后快速上升；當(dāng)廢水pH為4時(shí)，F(xiàn)enton氧化反應(yīng)效果最佳，廢水COD 為246 mg/L，DBP質(zhì)量濃度為0.18 mg/L。故本實(shí)驗(yàn)選擇廢水pH為4較適宜。

圖4 廢水pH對COD和DBP去除效果的影響

2.5 反應(yīng)時(shí)間對COD和DBP去除效果的影響

在H2O2加入量4 g/L、Fe2+加入量200 mg/L、廢水pH 4、反應(yīng)溫度60 ℃的條件下，反應(yīng)時(shí)間對COD和DBP去除效果的影響見圖5。由圖5可見，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，廢水COD和DBP質(zhì)量濃度逐漸降低；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過60 min時(shí)，廢水COD和DBP質(zhì)量濃度下降不明顯。綜合考慮處理效果和經(jīng)濟(jì)性，本實(shí)驗(yàn)選擇反應(yīng)時(shí)間為60 min較適宜。

2.6 好氧活性污泥法深度處理DBP廢水效果

在上述最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)過Fenton氧化處理后DBP廢水的COD降至200～250 mg/L，DBP質(zhì)量濃度約為0.10 mg/L。采用好氧活性污泥法深度處理Fenton氧化處理后的出水，好氧活性污泥法對COD的去除效果見圖6，對DBP的去除效果見圖7。

圖5 反應(yīng)時(shí)間對COD和DBP去除效果的影響

圖6 好氧活性污泥法對COD的去除效果

圖7 好氧活性污泥法對DBP的去除效果

由圖6可見，進(jìn)水COD在200～250 mg/L之間波動(dòng)，出水COD基本都在50 mg/L以下，符合GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》［18］，可以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

由7可見，經(jīng)好氧活性污泥法處理后，DBP質(zhì)量濃度由0.10 mg/L左右降至0.05 mg/L左右，低于GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

a）采用Fenton氧化反應(yīng)處理DBP廢水，F(xiàn)enton反應(yīng)最佳工藝條件為：H2O2加入量4 g/L，F(xiàn)e2+加入量200 mg/L，廢水pH 4，反應(yīng)溫度60 ℃，反應(yīng)時(shí)間60 min。經(jīng)Fenton反應(yīng)氧化處理后的DBP廢水COD為200～250 mg/L，DBP質(zhì)量濃度約為0.10 mg/L。

b）采用好氧活性污泥法深度處理Fenton氧化反應(yīng)出水，控制污泥質(zhì)量濃度2 000 mg/L，DO 2～3 mg/L，水力停留時(shí)間8 h。經(jīng)深度處理后的出水COD基本低于50 mg/L，DBP質(zhì)量濃度約為0.05 mg/L，均滿足GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

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（編輯 祖國紅）

Treatment of DBP wastewater by Fenton reagent-aerobic activated sludge process

Qiu Song，Li Xinyang，Yang Fangfang，Wei Lingyong
（Environment Protection Research Institute，Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry，Beijing 100013，China）

The wastewater containing dibutyl phthalate（DBP） was treated by Fenton reagent-aerobic activated sludge process. The process conditions of Fenton oxidation reaction were optimized. The experimental results showed that：Under the Fenton oxidation conditions of H2O2amount 4 g/L，F(xiàn)e2+amount 200mg/L，reaction temperature 60℃，wastewater pH 4 and reaction time 60 min，COD and DBP mass concentration of the Fenton oxidation eff l uent were 200-250 mg/L and 0.10 mg/L，respectively；Under the activated sludge process conditions of MLSS 2 000 mg/L，DO 2-3 mg/L and HRT 8 h，COD and DBP mass concentration of the fi nal eff l uent were almost below 50 mg/L and about 0.05 mg/L respectively，which met the national wastewater discharge standard of GB 8978-1996.

dibutyl phthalate （DBP）；Fenton reagent；aerobic activated sludge process；wastewater treatment

X703

A

1006-1878（2017）04-0433-04

10.3969/j.issn.1006-1878.2017.04.011

2017 - 01 - 09；

2017 - 04 - 05。

邱松（1987—），男，山東省濰坊市人，碩士，工程師，電話 010 - 59202247，電郵 qius.bjhy@sinopec.com。