化學混凝-芬頓氧化聯(lián)合處理某膏藥工廠廢水試驗研究

鄭 雯，陳 丹，宋文靜，朱延美

(泰山醫(yī)學院 化學與制藥工程學院，山東 泰安 271016)

國內水污染主要來自于工業(yè)、農業(yè)及生活用水，其中以工業(yè)廢水和生活排放的污水為主。近20年來，雖然我國在不斷提高污水的處理率，但污水的年排放量仍在大幅度增加[1]。工業(yè)污水特別是高濃度有機廢水大多含難降解有機物或金屬鹽，成分復雜、顏色深和氣味濃重，很難直接應用傳統(tǒng)生物處理工藝處理。

芬頓氧化法，是一種高級氧化技術,它能夠高效的去掉難降解的有機污染物[2]。因其實驗設備較簡單、有利于操作、反應較快、廉價高效等優(yōu)點，在環(huán)境污染物處理領域引起了國內外科學家的極大關注[3]。化學混凝應用更為廣泛，可以有效的去處廢水膠體及微小懸浮固體，芬頓氧化還可以對進一步降低混凝處理后廢水的化學需氧量和色度[4]。

1 試驗部分

1.1 廢水水質

試驗原水為某膏藥加工尾氣處理廢水，化學需氧量為2500 mg/L左右，色度為200倍，廢水pH值為4.7左右，水質渾濁，有刺鼻氣味。

1.2 儀器和試劑

儀器：Jan-78型磁力加熱攪拌器、pHS-25C型數(shù)顯酸度計、G8023CSL-K3型微波密封消解COD速測儀。試劑：濃硫酸(98%)、NaOH、Fe2SO4·7H2O、H2O2(30%)、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸鋁、聚丙烯酰胺。以上試劑均為分析純。

1.3 試驗方法

化學混凝試驗：分別制備了5%的聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸鐵、硫酸亞鐵溶液，將廢水pH值調至8左右，加入一定量上述混凝劑，快速攪拌1min后再加入助凝劑(聚丙烯酰胺0.1%)緩慢攪拌，靜置沉淀，取上清液檢測COD并觀察。

芬頓氧化試驗：將廢水pH值調至3左右，分別加入不同比例的硫酸亞鐵(1.32 mol/L)和雙氧水(30%)，快速攪拌20min后靜置60min左右，取上清液進行COD及色度的測量。

化學混凝-芬頓氧化聯(lián)合應用：將廢水在最佳混凝劑及其投加量、最佳pH值、最佳混凝時間的條件下，進行混凝試驗，取混凝上清液試驗芬頓試劑投加量等操作條件對化學需氧量及色度的去除效果。

1.4 分析方法

試驗采用重鉻酸鉀法測COD，采用pH酸度計測定pH值，采用稀釋倍數(shù)法測定廢水色度。

2 結果與討論

2.1 化學混凝試驗研究

2.1.1 混凝劑種類及其用量對廢水處理效果的影響

圖1、圖2分別是不同品種混凝劑用量對廢水COD及色度去除率的試驗結果。利用聚合氯化鋁混凝試驗時，外觀效果尚好，沉淀較少，上清液較為清澈，混凝劑用量增加時，上清液顏色加深，COD去除率整體呈上升趨勢。以聚合硫酸鋁為混凝劑，去除率整體隨用量增加而有所增加，但上清液較渾濁，絮體沉淀效果較差。以聚合硫酸鋁鐵為混凝劑，形成絮體較輕，難以沉淀，上清液不清晰，COD去除率較差。以硫酸亞鐵為混凝劑時，上清液顏色較深，沉淀量少。以聚合硫酸鐵為混凝劑，上清液較清澈，絮體易于沉淀，混凝效果較好。以聚合氯化鋁為混凝劑時，COD 去除率波動較明顯，上清液較渾濁。本實驗所選混凝劑對廢水中化學需氧量的去除率普遍不高，當混凝劑為聚合氯化鋁，濃度為3000PPM時廢水COD去除率最高可達40%。

圖1 混凝劑用量對COD去除率的影響

圖2 混凝劑用量對色度去除率的影響

由圖2可以看出，本試驗所選混凝劑對該廢水的色度有較好的處理效果。除硫酸亞鐵外，各混凝劑對廢水色度的去除率大體相當，多數(shù)去除率都在60%～70%。色度去除率最大可達到85%。伴隨著混凝劑投加量的繼續(xù)增加，廢水色度的去除率又明顯下降。綜合分析，在試驗條件范圍內，當混凝劑為聚合硫酸鐵，濃度為50 mg/L時，對廢水色度的去除率達到85%。

綜合比較五種混凝劑對廢水的效果可以看出聚合氯化鋁對化學需氧量的處理效果最好，聚合硫酸鐵混凝效果及色度的去除率較好。綜合考慮五種混凝劑對去除率的影響，確定混凝劑選擇聚合硫酸鐵，投加量確定為1000 mg/L。

2.1.2 廢水pH值對聚合硫酸鐵混凝實驗效果的影響

聚合硫酸鐵投加量為1000 mg/L，改變混凝初始pH值進行試驗，得到圖3。圖3可以看出，在實驗條件設定范圍內，COD去除率隨pH值的升高先增加后降低，pH值為8時，COD去除率達到最大值40.0%。同時，色度去除率基本維持在25%左右，pH值影響不明顯。

圖3 pH值對COD去除率的影響

2.1.3 混凝沉淀時間對廢水處理效果的影響

聚合硫酸鐵投加量為1000 mg/L、pH值為8，不同沉淀時間取樣檢測，得到圖4。

圖4 沉淀時間對COD去除率的影響

由圖4可知，沉淀時間為3h，COD去除率達到最大值，沉淀時間延長，COD去除率有所下降。

2.2 芬頓氧化試驗研究

2.2.1 雙氧水與硫酸亞鐵投加量對廢水處理效果的影響

廢水中分別加入不同濃度的芬頓試劑，進行氧化試驗。考慮到鐵離子的混凝作用，氧化完成后調節(jié)上清液pH值為8，在此條件下鐵離子將形成氫氧化鐵絮體沉淀，使廢水得以澄清，得到圖5。

圖5 雙氧水用量對COD去除率的影響

由圖5可知，雙氧水用量增加，COD去除率有所升高，上清液pH值調至8有助于COD去除，去除率可達到82.2%。芬頓試劑會引起色度增加，調節(jié)反應體系pH值可以有效的改善色度去除效果。

2.2.2 廢水pH對處理效果的影響

由圖6可知，芬頓氧化時不同pH值對化學需氧量的去除會有影響，芬頓氧化時最佳pH值為3，pH值超過或小于這個值時，COD的去除率均會有所下降。但pH值的改變基本對色度沒有多少影響。

圖6 pH值對COD去除率的影響

由圖6可知，廢水pH值對化學需氧量的去除有影響，pH值為3時去除率最高，但對色度去除率影響不大。

2.2.3 芬頓氧化反應時間對廢水處理效果的影響

圖7 靜置時間對COD去除率的影響

由圖7可知，反應時間對COD去除率有影響，最佳反應時間為80min。

2.2.4 溫度的影響

圖8 溫度對COD去除率的影響

由圖8可知，反應溫度對提高有助于COD去除，但溫度升至35℃以上， COD的去除率較穩(wěn)定。

2.3 聯(lián)合試驗研究

聚合硫酸鐵投加量為1000ppm、初始pH值為8、混凝沉淀時間3h后取上清液進行芬頓氧化，反應溫度設為35℃，初始pH值為3，反應80min后得到圖9。

由圖9可知，化學混凝和芬頓氧化聯(lián)合處理廢水，出水COD可達247.5mg/L，出水較為清澈。聯(lián)合處理廢水時雙氧水最適投加量為50 mg/L，硫酸亞鐵用量為38mg/L，COD的去除率可達90%。

圖9 雙氧水用量對COD去除率的影響(nH2O2∶nFe2+=10∶1)

3 結論

(1)混凝劑的投加量、pH值、混凝時間、芬頓反應時間，均對試驗廢水處理效果有一定影響；混凝試驗中，聚合硫酸鐵混凝效果最好，沉淀速度較快，在聚合硫酸鐵投加量為1000ppm、沉淀時間為3 h、混凝初始pH值為8時，混凝劑對COD的去除率達到41%；

(2)芬頓氧化試驗中，當雙氧水投加量為80 mL/L，反應初始pH值為3，反應時間為80min時，COD去除率最大值可達到89.0%；混凝與芬頓氧化聯(lián)合試驗表明，在以上最佳試驗條件下進行聯(lián)合試驗研究，COD去除率可達到90%以上且上清液澄清。