铁炭微电解_Fenton氧化预处理高浓度煤化工废水的研究_范树军

铁炭微电解/Fenton氧化预处理高浓度煤化工废水的研究范树军1，张焕彬2，付建军2（1.中国神华集团鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古鄂尔多斯017209；2.北京三泰正方生物环境科技发展有限公司，北京100085）［摘要］采用铁炭微电解/Fenton氧化组合工艺预处理高浓度煤化工废水，研究了工艺条件对COD去除率的影响。结果表明，铁炭床微电解的最佳运行条件为：进水pH=2，反应时间为20min；Fenton氧化的最佳条件为：进水pH=4，30%H2O2投加量为3mL/L，反应时间为60min。在此运行条件下，COD总去除率可以达到60%～70%，其中微电解反应床COD去除率为40%～47%。采用该工艺预处理高浓度煤化工废水，降低了后续生物处理的负荷，同时不会引起铁炭床的钝化和板结。［关键词］铁炭微电解；Fenton氧化；预处理；煤化工废水［中图分类号］X703［文献标识码］Β［文章编号］1005-829X（2010）08-0093-03中国神华集团在内蒙古鄂尔多斯投资建设的煤制油项目，是我国也是世界上第一个用煤炭直接液化制油的商业性建设项目。该生产装置排放废水水量大、种类多、浓度高、成分复杂，而目前国内外没有类似的污水处理经验可借鉴，加之对污水回用的要求，增加了其污水处理的难度。该类废水主要来自煤液化、加氢精制、加氢裂化及硫磺回收等装置排出的含硫、含酚污水，主要污染物为COD、氨氮、油类、硫化物、挥发酚、二异丙基醚等，原水COD高达15～20g/L，属难处理废水。对于污染物浓度较高的废水，在对其进行生化处理前，一般需要进行物化预处理，常见的物化法有混凝沉淀、Fenton-混凝沉淀、微电解等。近年来，对铁炭微电解法在有机废水、印染废水等工业废水处理中的研究较多〔1-2〕。铁炭床具有处理工艺简单、效果好、成本低等优点，但铁炭床同时存在如下问题：在pH较低的情况下会溶出大量的Fe2+，以致在后续处理中产生大量的Fe（OH）2沉淀。故当前对其研究的主要方向是如何提高进水pH，从而降低溶铁量。然而进水pH过高，又会引起铁炭床内部Fe（OH）2、Fe（OH）3等沉淀的生成，阻碍原电池反应，导致铁炭床处理效果下降。左晨燕等〔3〕研究发现，采用Fenton氧化工艺处理煤化工废水效果较好，其COD去除率可以达到44.5%，同时可以将难生化降解的大分子物质氧化断裂成小分子物质。黄浪等〔4〕则发现由铁屑+H2O2组成的Fenton试剂对COD的去除率达75.6%，大于由FeSO4+H2O2组成的Fenton试剂对COD的去除率（62.8%）。故笔者采用铁炭床微电解/Fenton氧化工艺处理神华煤制油高浓度废水，结果表明处理效果良好。1工艺流程微电解法处理酸性废水时，由于铁电极本身及其所产生的新生态［H］和Fe2+等均能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，因此可使有机物中的大分子转化为小分子，部分环状有机物断环，从而降低了废水的COD。当铁炭微电解法与Fenton氧化工艺组合时，Fenton试剂中的H2O2在Fe2+的催化下释放出氧化性极强的·OH，·OH能将水中的有机物分子氧化分解成CO2和H2O等小分子物质，可降低水中的COD；同时，·OH能迅速将Fe2+氧化成Fe3+，并以Fe（OH）3形式析出，絮状Fe（OH）3具有絮凝作用，从而进一步降低废水的COD。本实验采用的工艺流程见图1。工艺的主要部分为铁炭床与Fenton氧化反应器。反应柱由有机玻璃管制成，尺寸为D140mm×1000mm；有效容积为12L，铁炭床中的铁、炭用量按V（铁）∶V（焦炭）=1∶1装填，为了简化工艺并降低成本，Fenton氧化反应器的进水pH通过控制分流水量进行调节。本工艺的特点是将原水进行了分流，一部分原H2SO4加酸槽废水罐微电解反应器Fenton氧化反应器混合槽加碱槽沉淀罐H2O2NaOH出水图1工艺流程第30卷第8期2010年8月工业水处理IndustrialWaterTreatmentVol.30No.8Aug.，201093——工业水处理2010－08，30（8）经验交流水进入铁炭床进行预处理，其出水再与另一部分原水混合后进入Fenton氧化反应器，投加H2O2进行Fenton反应。由于原水pH为7～9，铁炭微电解要求的pH低，需要对原水的pH进行加酸调节；而Fenton反应要求的pH较高，其pH可通过调节分流原水的流量来控制。这样不仅可以更低的成本实现铁炭床在低pH条件下运行，解决铁炭床的板结、钝化问题，同时还可以通过原水来调节Fenton反应的pH，并充分利用铁炭床出水过量的新生态Fe2+，从而提高了Fenton反应效率，降低了运行成本。2实验部分2.1废水来源及水质实验废水为神华煤制油装置排放的高浓度废水，主要来自煤液化、溶剂加氢及加氢稳定等装置，废水中的