铁碳微电解―Fenton氧化―絮凝沉淀深度处理焦化废水

摘要：针对焦化废水二级生化处理出水COD、色度无法达标的问题，通过实验研究了铁碳微电解-Fenton氧化-絮凝沉淀集成技术深度处理焦化废水的效果，分别探讨了初始pH值、H2O2投加量以及水力停留时间HRT的变化对COD去除率的影响，确定了各工段最佳运行参数。结果表明：铁碳微电解工段微电解进水pH=25，HRT=10h对COD去除率为36%，Fenton氧化工段的最佳运行参数10%H2O2投加量为20mL/L，Fenton氧化出水COD去除率为22%。在确定最佳工艺参数后连续运转一个月，实验结果所示：该集成技术对COD的总去除率可达52%，色度去除率可达90%，可生化性（B/C）由011提高到035，反应出水COD和色度均满足国家污水综合排放标准（GB8978-1996）的二级排放标准。

关键词：焦化废水；铁碳微电解；芬顿氧化；絮凝沉淀；深度处理

中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：16749944（2014）11014803

1引言

焦化废水主要来自炼焦及煤气生产过程，是一种典型的难处理的有毒有机工业废水[1]。目前焦化废水经预处理后通常采用 A/O、A2/O、A/O2、O-A/O、SBR等生物处理方法，但经生物处理后出水中的COD和色度仍达不到国家排放标准，需进行深度处理[2]。铁碳微电解技术是以颗粒炭、石墨或其他导电惰性物质为阴极，以铁屑为阳极，以电解质起导电作用构成原电池处理废水的电化学工艺。Fenton氧化技术的原理是H2O2在Fe2+的催化作用下分解产生强氧化性的・OH，能无选择地将有机物氧化分解[3]。铁碳电解、Fenton氧化、絮凝沉淀的联用技术在工业废水的处理上已有了一些应用，但在焦化废水的深度处理上还鲜有报道。

本研究采用铁碳微电解-Fenton氧化-絮凝沉淀集成技术深度处理焦化废水，优化实验运行参数，实现COD、色度达标的可行性，以寻求一种焦化废水深度处理的有效工艺，实现焦化废水处理后达标排放的目的。

2实验部分

21实验用水

实验用水为某钢铁公司焦化厂实际焦化废水经常规A2/O生化工艺二级沉淀池出水，该水呈深黄褐色，有刺鼻气味，pH值为651～880，色度为200～350倍，COD为139～265mg/L，BOD5为1014～2516mg/L，出水可生化性很低（B/C=006～014）。

2.2实验装置

实验装置如图1所示。实验装置主要分为4个部分：调节池、铁碳微电解柱、Fenton试剂催化氧化池以及中和絮凝沉淀池。有机玻璃调节池（φ450mm×400mm），有机玻璃微电解柱（φ150mm×1450mm）中间

收稿日期：20141014

基金项目：国家水体污染控制与治理重大专项（编号：2012ZX07203-003）资助

作者简介：王月锋（1986―），男，河北石家庄人，助理工程师，主要从事水环境科学研究工作。

设有1000mm的填料层、下面设有100mm的布水布气层，矩形催化氧化池体（300mm×300mm×400mm）、竖流式沉淀池（反应区，长×宽×高=200mm×20mm×30mm；沉淀区，长×宽×高=20mm×20mm×40mm）。两台保定兰格精密蠕动泵（型号：BT100-2J），自动加药装置和搅拌器各3台。

图1实验装置流程图

2.3检测指标及方法

实验检测指标为：COD、BOD5、色度、pH值。其分析方法[4]：COD采用重铬酸钾法测定；BOD5采用稀释与接种法测定；pH值采用pH计直接测定；色度采用目视比色法。

2.4实验方法

2.4.1调节池实验

原水通过蠕动泵泵入调节池，同时通过加药装置分别投加不同浓度硫酸来控制调节池内水样pH值。

2.4.2铁碳微电解实验

微电解填料采用山东潍坊某公司生产一体式复合铁炭填料，固体呈3～5cm椭球状，微电解反应效果较好，易于清洗，避免了铁屑和炭组合填料的板结问题[5]。调节池出水经过蠕动泵泵入微电解柱后进行曝气微电解反应，通过蠕动泵和转子流量计分别控制进水量和曝气量。

2.4.3Fenton试剂催化实验

经铁碳微电解出水投加不同量的10%H2O2，在搅拌器作用下进行Fenton氧化反应。

2.4.4絮凝沉淀实验

往Fenton氧化出水中投加1mol/LNaOH搅拌均匀，调节pH值到10.0左右，在竖流式沉淀池中停留2h后取上清液为最后出水。

3实验结果与讨论

3.1调节池工段参数优化

在原水COD进水为234mg/L，微电解柱HRT水力停留时间1h条件下，调节进水pH值，对铁碳微电解出水COD的影响见图2。从图2中可以看到，COD的去除率随pH值升高而降低，其中进水pH值在25以后，COD去除效果明显下降。但pH值并不是越低越好，pH值过低会破坏铁盐絮体的形成影响处理效果，Fe2+和Fe3+的浓度增大造成出水色度的增加等问题[4]，强酸环境还会导致铁的消耗量增大，产生的铁泥增多，其对设备、池体亦有较强的腐蚀作用。根据实验结果兼顾微电解出水后续的处理效果，确定调节池工段应控制pH值在25左右微电解出水COD去除率在36%。

图2调节池出水pH值对微电解出水COD的影响

3.2铁碳微电解工段参数优化

在原水COD进水为234mg/L，调节池出水pH值控制在25条件下，微电解HRT对出水COD的影响见图3。如图3所示，当微电解水力停留时间HRT从05h延长至10h时，铁碳微电解柱出水COD浓度下降明显，去除效果较好，但HRT大于10h后，出水COD浓度下降缓慢，去除效果不明显。在实际工程应用中HRT的延长会增加运营成本，因此确定本工段的最佳运行参数HRT为10h。

3.3Fenton氧化工段参数优化

在Fenton氧化进水COD为147mg/L，10%H2O2投加量对Fenton出水COD的影响见图4。

由图4可见，随着10%H2O2加入量增加，Fenton氧化出水COD呈下降趋势，但当10%H2O2加入量超过20（mL/L）时出水COD值不降反升，去除率开始下降，因为过高的H2O2不但不能通过分解产生更多的羟基自由基・OH，反而在反应一开始就把Fe2+迅速氧化成Fe3+，而使反应在Fe3+催化作用下进行，这样就抑制了羟基自由基・OH的产生，并且过高的H2O2其还原性从一定程度上增加了出水的COD值[6]。根据实验结果确定本工段10%H2O2投加量为20mL/L。

图3微电解HRT对微电解出水COD的影响

3.4动态连续实验

确定最佳工艺运行条件进行动态连续实验8月1日至8月31日，每天早、中、晚取进出水各一次，以混合样作为当天的进出水样品，实验结果见图5、图6。由图5、6所示焦化废水经铁碳微电解、Fenton氧化、絮凝沉淀后出水COD去除率均值为53%，色度去除率均值为90%，原污水可生化性（B/C）由011提高到035。

图4H2O2加入量对Fenton氧化出水COD的影响

图5装置动态连续运行一个月COD去除率的变化

4结语

（1）铁碳微电解工段采用微电解效果更好的一体式复合铁炭填料，最佳运行条件微电解进水pH=25，HRT=10h对COD去除率为36%。

（2）Fenton氧化工段的最佳运行参数10%H2O2投加量为20mL/L，Fenton氧化出水COD去除率为22%。

（3）铁碳微电解-Fenton氧化-絮凝沉淀集成技术深度处理焦化废水连续运转一个月，实验结果所示，该集成技术对COD的总去除率可达52%，色度去除率可达90%，可生化性（B/C）由011提高到035，反应出水COD和色度均满足国家污水综合排放标准（GB8978-1996）的二级排放标准，由此表明该技术深度处理焦化废水是可行有效的。

图6装置动态连续运行一个月色度去除率的变化

2014年11月绿色科技第11期参考文献：

[1] 王业耀，袁彦肖，田仁生.焦化废水处理技术研究进展[J].工业水处理，2002，22（7）：1～4.

[2] 李飞飞，李小明，曾光明.铁炭微电解深度处理焦化废水的研究[J].工业用水与废水处理，2010，41（1）：46～49.

[3] 胡绍伟，王飞，陈鹏，等.内电解-Fenton氧化-絮凝沉淀预处理焦化废水[J].化工环保，2014，34（4）.

[4] 国家环保总局.水和废水监测分析方法（第 4 版）[M].北京：中国环境科学出版社，2002.

[5] 时永辉，苏建文，陈建华，等.微电解-Fenton 深度处理制药废水影响因素与参数控制[J].环境工程学报，2014，3，8（3）：1106～1112.

[6] 张乃东，郑威，彭永臻.铁屑-Fenton法处理焦化含酚废水研究[J].哈尔滨建筑大学学报，2002，35（2）：57～60.