规模化化工厂废水处理流程分析

摘要：规模化化工厂的废水污染问题一直是新闻媒体和社会各界关注的焦点，而如何解决规模化化工厂的废水污染问题，是化工厂投入较多资金深入探讨解决的重点技改课题。本文重点研究的是使用四氧化三铁磁性矿砂颗粒替代切削铁屑作为芬顿试剂的催化剂部分以应用在野外废水应急处理中，此方法的主要特点是因为四氧化三铁颗粒本身的磁性，可以在废水处理后对其进行回收再利用。真正实现废水处理过程本身的绿色化。

关键词：规模化化工厂 磁性新型芬顿试剂 二硝基氯化苯

化工厂废水往往存在特定的污染物，这些污染物因为并不是自然界的常见物质，以及污染物存在较强的化学活性，使得这些污染物对自然界的破坏作用相当明显。这些破坏作用包括产生水体pH值的改变，引起微生物及动植物的敏感性反应，使得区域内相关动植物致畸致死，影响生态平衡。本文重点以规模化化工厂污染物中最常见的二硝基氯化苯作为研究对象，分析废水处理流程中的改进方向。

一、芬顿试剂氧化原理

二硝基氯化苯是在染料、油漆、涂料、炸药等多种化工产品生产中稳定产生的有机废料，难溶于水。因为其毒性存在，属于难以被生物降解的废料。当水中二硝基氯化苯含量达到5mg/L时，大部分水生微生物会表现出较强的敏感性，明显抑制微生物菌群的生长。而试验证明，活性炭吸附法去除水中的二硝基氯化苯效果并不理想，且活性炭价格较高，在去除二硝基氯化苯时，活性炭为一次性使用，无法实现回收再利用，这进一步增加了废水处理成本。

直接在水中将二硝基氯化苯在水中反应掉，比使用物理方法将二硝基氯化苯从水中分离更加容易。芬顿试剂的工作原理是使用废铁屑和双氧水加入酸性废水中直接合成的一种富含二价铁和氢氧根离子的试剂，该试剂的强氧化性和碱性，可以使得水的pH值回归中性且水中有机杂质被较大程度的分解。相比较包括活性炭吸附法在内的其他方法，该方法的实际效果和处理成本要低的多。

同时，芬顿试剂不仅仅是可以通过化学反应的方式对水体进行净化，同时，亚铁离子拥有比硫酸亚铁更强的吸附和混凝作用，特别是水中的pH值趋于碱性后，氢氧化铁凝絮会与亚铁离子凝絮一起对水体进行物理净化。

（一）氢氧根产生过程

铁屑中的亚铁离子与双氧水反应的过程如下：

（二）拆解苯环

因为苯环属于高还原态物质，所以，在自由基的强氧化作用下，苯环会被自由基裂解，形成简单的有机物，进而形成二氧化碳和水。

也就是说，自由基更容易与苯环发生反应，而如果没有铁离子的辅助作用，苯环可能很难直接与双氧水发生快速的不可逆的反应。也就是说，芬顿试剂的综合作用下使得二硝基氯化苯得到快速的分解。

二、改进工艺方法的试验研究

因为使用铁屑制作芬顿试剂，常常因为铁屑的锈蚀程度难以控制和金属铁氧化程度不够，导致铁离子和亚铁离子释放缓慢。所以，很多情况下，我们会直接使用铁红或者四氧化三铁进行芬顿试剂的制作。因为工业废水的处理常常不会在固定的反应池中进行，而更多时候在明挖式沉淀池中进行，明挖式沉淀池如果加入铁红或者铁屑，势必会直接沉入淤泥中，难以回收。随着铁屑和铁红的腐蚀和降解，可能会给水体甚至地下水带来二次的污染。所以，在复杂条件下，特别是淤泥基础的沉淀池中，我们往往采用四氧化三铁的颗粒作为芬顿试剂的主要材料进行废水处理。

因为在废水处理中，虽然铁离子和亚铁离子可以实现复用，但仍然建议每立方米废水添加500～1000g左右的铁屑作为催化剂使用，且水中的铁离子和亚铁离子浓度越高，反应的效率就越高。对于一个月50万立方米的需应急处理污染水域，我们需要添加500吨铁屑或者四氧化三铁矿砂，如果这些资源不能被有效回收，势必造成很大的资源浪费。

（一）同样采用该染料厂的废水备份样品，其主要指标同2.1所示：其pH值处于0.7～1.5之间，COD位于1000～1200ml/L，色度约为800～1200倍，CODB/COD小于0.07，可以认定该废水很难生物降解。

选择粒度为1mm±0.2mm的四氧化三铁颗粒和30%浓度的双氧水分析纯试剂，在三角烧瓶内进行反映，反映过程由康氏震荡反应器进行支持，反应时间为2小时。

（二）结果与讨论。经过试验将废水加入芬顿试剂后进行摇匀，充分反映后，pH值8～9，沉淀后取出上清液，使用酚酞作为指示剂进行中和滴定，使用进行生化试验表明，大部分水生单细胞生物对处理过的废水没有敏感性表现。

也就是说，使用四氧化三铁和使用铁屑制作的芬顿试剂效果几乎一致，而使用四氧化三铁制作的芬顿试剂，反应时间更短，反应过程可控性更强。

三、芬顿试剂的铁回收

通过之前的分析我们可以看到，芬顿试剂的铁离子在整个反应中是没有消耗的，铁离子和亚铁离子在本次反应中实际上只是起到催化剂的作用。特别是在应急的河道污染治理和沟渠污染治理中，如何回收芬顿试剂的铁屑，就成为了减轻整个水处理成本的有效方式。

在野外环境下，因为我们采用的粒径在1mm±0.2mm的四氧化三铁颗粒会沉入泥中，所以芬顿试剂的回收主要可以采用以下两种方式：

（一）永磁体法

使用锚链起吊尺度在300mm左右的四氧化三铁矿体，使用小船或者栈桥在四氧化三铁矿砂的布置区域内拖动。因为矿体自重使得矿体会同样陷入泥中，所以矿体会与矿砂发生较密切的接触。因为其各自的磁场影响，矿体会吸附大部分矿砂，实现矿砂的回收。这种方式限于体质条件相对简单的小规模废水处理。

（二）拖板法

对于湖波和中型以上河流的污染处理，我们就需要采用更加系统化的矿砂回收方法进行回收。采用水下电磁铁系统，可以给一块拖板上施加磁场，且可以通过振动器使得拖板保持持续的震动状态。拖板可以由拖船进行牵引，在较大面积中对矿砂进行地毯式的回收。

四、结束语

芬顿试剂作为目前较常用的有机质加速降解试剂，其实质是铁离子和亚铁离子催化下的双氧水拆解苯环和裂解链烃的反应。此反应对于有机质没有选择性，几乎可以处理掉水中所有的有机质，且不会对水体产生二次污染。所以，芬顿试剂是目前最常用的有机废水处理试剂。我们通过对于芬顿试剂的工作原理进行分析，可以找到回收芬顿试剂的方法，从而对于野外处理废水的成本实现有效的控制。

参考文献

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