混凝-UV/Fenton法處理廢切削液的研究

侯 巍

（國網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院，北京100045）

機(jī)械加工行業(yè)中使用切削液以起到冷卻、潤滑、清洗和防銹作用。切削液循環(huán)使用后會變質(zhì)、失效，成為廢切削液。廢切削液中含有乳化劑、礦物油等，COD一般在5 000 mg/L以上，乳化程度高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是一種高濃度難降解有機(jī)廢水。目前，此類廢水常采用化學(xué)破乳、電解、過濾及吸附、超濾等方法進(jìn)行處理〔1-4〕。化學(xué)破乳法沉渣多，處理效果一般；電解法負(fù)荷低，不適宜高濃度廢水的處理；過濾、吸附法處理效果差，需與其他工藝組合使用；超濾法則一次性投資太大，且對溶解性COD無法去除，使得廢水后續(xù)處理困難。

王浪等〔5〕曾采用破乳-Fenton試劑法處理此類廢水，該方法一次性投資少，處理效果較好，但存在試劑投加量大、處理效率低的問題。本研究嘗試采用混凝-UV/Fenton法對廢切削液進(jìn)行處理，通過紫外光催化Fenton試劑，可降低Fenton試劑的投加量，提高處理效率。

1 實(shí)驗(yàn)材料和裝置

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

儀器:79HW-1型恒溫磁力攪拌器，浙江樂城電器廠；SG2型便攜式pH計(jì)，梅特勒-托利多有限公司；BOD-220A型BOD快速測定儀，賽普環(huán)保公司。

試劑:聚合氯化鋁（PAC），工業(yè)品，河南鞏義華南供水材料公司；聚丙烯酰胺（陽離子型CPAM），工業(yè)品， 北京希濤技術(shù)開發(fā)公司；30%H2O2、FeSO4·7H2O，AR，北京化工廠。

所用廢切削液來自北京某機(jī)械廠。廢水呈灰白色，有臭味，其中含有陰離子型乳化劑。其水質(zhì):pH 7～8，COD 21 400 mg/L，BOD51 480 mg/L，油質(zhì)量濃度4 940 mg/L。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

UV/Fenton氧化實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。反應(yīng)器為有機(jī)玻璃制作，直徑10 cm，高30 cm；紫外燈，波長260 nm，功率15 W，無錫市錦華試驗(yàn)設(shè)備公司生產(chǎn)；蠕動泵型號為蘭格BT00-600M。

圖1 UV/Fenton實(shí)驗(yàn)裝置

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 混凝實(shí)驗(yàn)

取100 mL廢水置于250 mL燒杯中，加入一定量的混凝劑PAC和10 mg/L助凝劑CPAM，調(diào)節(jié)pH至一定值。先快速攪拌（120 r/min）2 min，再慢速攪拌（30 r/min）5 min。離心，取上清液測定COD。

2.2 UV/Fenton氧化實(shí)驗(yàn)

取200 mL混凝后出水，調(diào)節(jié)pH，然后投加一定量的FeSO4·7H2O和H2O2，攪拌均勻，置于反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)完成后，調(diào)pH至10，過濾，取上清液測定COD。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 混凝實(shí)驗(yàn)

3.1.1 pH的影響

在PAC投加量為2 000 mg/L的條件下，考察pH對混凝效果的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 pH對COD去除率的影響

由圖2可知，PAC-PAM復(fù)合使用處理廢水的適宜pH為7。

3.1.2 PAC投加量的影響

在pH為7，有無CPAM做助凝劑的條件下，考察PAC投加量對混凝效果的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 PAC投加量對COD去除率的影響

由圖3可知，無論有無CPAM做助凝劑，隨著PAC投加量的增大，COD去除效果均變好。當(dāng)PAC投加量達(dá)到2 000 mg/L以上時，COD去除率逐漸穩(wěn)定在89.2%（不投加CPAM）和90.4%（投加CPAM）。

那么，農(nóng)林學(xué)校的學(xué)生為什么要學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)兀恳驗(yàn)檗r(nóng)林院校是以生命科學(xué)為基礎(chǔ)的，有機(jī)化學(xué)作為支撐生命科學(xué)的不可缺失和替代的基石，就顯示出其尤為重要的地位，用有機(jī)化學(xué)的思維、理念、手段和技術(shù)去解讀生命密碼，解釋生命的本質(zhì)。而實(shí)驗(yàn)課就是為了讓同學(xué)們了解和掌握有機(jī)化學(xué)的最基本、最實(shí)用的實(shí)驗(yàn)技能而開設(shè)的課程，通過這門課的學(xué)習(xí)，不僅可以為他們本專業(yè)的學(xué)習(xí)積累充足的理論知識、培養(yǎng)熟練的操作能力，還可以開闊視野、增加知識儲備。只有多掌握一門相關(guān)學(xué)科，做到多學(xué)科的交叉融合，才能在未來的科研之路中碰撞出閃耀的光芒。

3.2 UV/Fenton氧化實(shí)驗(yàn)

Fenton法的主要原理是利用亞鐵離子作H2O2的催化劑，通過產(chǎn)生高活性的羥基自由基（·OH）來降解有機(jī)物。若輔以紫外光輻射，則UV與Fe2+產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)可加快·OH的產(chǎn)生，可極大地提高Fenton氧化處理的效率〔6〕。

3.2.1 氧化時間對COD去除率的影響

實(shí)驗(yàn)條件:H2O2投加量為0.9倍理論量（記為0.9 Qth，下同）和 1.3 Qth，F(xiàn)e2+投加量為 150 mg/L，pH為3。氧化時間對COD去除率的影響見圖4。

圖4 氧化時間對COD去除率的影響

由圖4可知，在開始階段，反應(yīng)很快，120 min后，COD去除率的變化很小。選擇反應(yīng)時間為120 min。

3.2.2 H2O2投加量對COD去除率的影響

實(shí)驗(yàn)條件:Fe2+投加量為 150 mg/L，pH為 3，反應(yīng)時間為120 min。H2O2投加量對COD去除率的影響如圖5所示。

圖5 H2O2投加量對COD去除率的影響

由圖5可知，增加H2O2投加量，COD去除率隨之增大，當(dāng)H2O2投加量＞0.9 Qth后，COD去除率提升不大。這是因?yàn)镕e2+-H2O2體系中存在以下反應(yīng)〔7-8〕:

在 H2O2濃度較低時，反應(yīng)（1）至（3）可忽略；當(dāng)H2O2濃度過高時，單位時間內(nèi)生成的·OH增多，則上述反應(yīng)不可忽略，部分H2O2發(fā)生無效分解，釋放出O2，影響了對COD的去除。選擇H2O2投加量為0.9 Qth。

Fe2+在反應(yīng)中對自由基的產(chǎn)生起催化作用。實(shí)驗(yàn)條件:H2O2投加量為0.9 Qth，pH為3，反應(yīng)時間為120 min。Fe2+投加量對COD去除率的影響見圖6。

圖6 Fe2+投加量對COD去除率的影響

由圖 6 可知，F(xiàn)e2+投加量為 150 mg/L〔n（H2O2）∶n（Fe2+）=50∶1）時，COD 去除率最大。 Fe2+投量過高或過低都會使COD去除率下降。這是因?yàn)殡S著Fe2+投加量的增加，·OH的產(chǎn)生量和產(chǎn)生速率都迅速增大；但當(dāng)Fe2+投加量過高時，過量的Fe2+會與催化H2O2分解產(chǎn)生的·OH 發(fā)生反應(yīng)〔見式（4）〕〔9〕，從而消耗了部分·OH，降低了COD去除率。

3.2.4 H2O2投加方式對COD去除率的影響

在優(yōu)化條件下，控制H2O2總投加量不變，分為數(shù)次平均投加，反應(yīng)時間共計(jì)120 min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 H2O2投加方式對COD去除率的影響

由表1可知，H2O2投加次數(shù)越多，COD去除率越高。原因是一次投加時，廢水中H2O2濃度短時間內(nèi)較大，導(dǎo)致部分H2O2產(chǎn)生無效分解從而降低了COD去除率。另外，由表1還可以看出，隨H2O2投加次數(shù)的增多，COD去除率提升幅度不大，且增加了操作的復(fù)雜性，故采用一次投加的方式即可。

經(jīng)混凝-UV/Fenton法處理后，出水油質(zhì)量濃度降為2 mg/L，說明油類基本被除去；出水COD降為432 mg/L，BOD5為 339 mg/L，BOD5/COD 由原廢水的0.069提高到0.784，可生化性得到極大的提升，可進(jìn)一步進(jìn)行生物處理或與生活污水混合處理。

4 結(jié)論

（1）采用混凝－UV/Fenton法處理廢切削液，混凝最佳條件:pH為7，PAC投加量為2 000 mg/L，CPAM投加量為10 mg/L，在此條件下，COD去除率可達(dá)90.4%。UV/Fenton氧化最佳條件:H2O2投加量為0.9 Qth，n（H2O2）∶n（Fe2+）=50∶1，反應(yīng)時間為 120 min，在此條件下，COD去除率可達(dá)79.4%。H2O2投加次數(shù)增加時，COD去除率會有所提高，但是增加了操作的復(fù)雜性。

（2）經(jīng)過混凝-UV/Fenton法處理后，出水中油質(zhì)量濃度僅為 2 mg/L，COD降為 432 mg/L，BOD5/COD提高至0.784，生化性顯著提高，后續(xù)可直接采用生物法處理。

（3）實(shí)驗(yàn)證明，采用混凝－UV/Fenton法處理廢切削液成本低、處理效率高、出水水質(zhì)好，該法應(yīng)用于廢切削液的處理可行。