_Fenton氧化-微滤处理焦化废水及膜污染机理研究 (1)

第３４卷第１期膜科学与技术Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１２０１４年２月ＭＥＭＢＲＡＮＥＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＦｅｂ．２０１４Ｆｅｎｔｏｎ氧化－微滤处理焦化废水及膜污染机理研究张伟１，刘丽华２，郑睿１，吴高明２，于萍１＊，罗运柏１（１．武汉大学化学与分子科学学院，武汉４３００７２；２．武汉钢铁（集团）公司，武汉４３００８３）摘要：采用Ｆｅｎｔｏｎ氧化预处理和微滤对焦化厂厌氧－缺氧－好氧工艺（Ａ２Ｏ）出水进行处理，研究Ｆｅｎｔｏｎ氧化对水质的影响，考察Ｆｅｎｔｏｎ氧化减缓膜污染的效果．结果表明，Ａ２Ｏ出水经Ｆｅｎｔｏｎ氧化后，ＣＯＤ和矿物油的去除率均达到７０％以上，ＵＶ２５４的去除率达到４７％，浊度和悬浮固体去除率都达到８０％以上；膜过滤的总阻力降低了９２．１％，可有效控制膜污染．关键词：Ｆｅｎｔｏｎ氧化；ＰＥＳ膜；终端过滤；滤饼层阻力中图分类号：Ｏ６９文献标志码：Ａ文章编号：１００７－８９２４（２０１４）０１－０１０４－０７膜生物反应器（ＭＢＲ）应用遇到的主要问题是膜污染［１－２］，膜污染会造成运行过程通量下降或膜压差上升，使水处理成本上升．水中的有机物、颗粒物质等形成的滤饼层是膜污染的主要因素．因此防止膜污染的有效方法是尽量降低膜组件进水中有机物和颗粒物质含量．Ｆｅｎｔｏｎ氧化作为预处理方式对膜污染有一定的减缓作用．田玉萍等［３］对膜生物反应器进水采用Ｆｅｎｔｏｎ氧化处理，研究Ｆｅｎｔｏｎ氧化预处理对膜生物反应器降解ＣＯＤ效果及抗冲击负荷能力，经Ｆｅｎｔｏｎ氧化预处理后，膜生物反应器去除ＣＯＤ效果稳定，具有一定的抗冲击负荷能力．李娜等［４］研究了Ｆｅｎｔｏｎ氧化预处理难降解石化废水，提高了水质的过滤性，减轻膜污染．黄健盛等人［５］研究了Ｆｅｎ－ｔｏｎ氧化法用于难降解的高浓度化工废水，结果表明，Ｆｅｎｔｏｎ氧化法对水中ＣＯＤ及ＮＨ３—Ｎ的去除率分别高于５０％与３０％，处理后废水生化性得到提高，有利于减缓后续的膜污染．本文分析了焦化厂的厌氧－缺氧－好氧工艺（Ａ２Ｏ）出水经过Ｆｅｎｔｏｎ氧化预处理后对ＰＥＳ膜通量与阻力分布的变化，结合Ｄａｒｃｙ定律阐明Ｆｅｎｔｏｎ氧化对减缓膜污染的机理．１实验部分１．１实验仪器仪器主要有ＵＶ－１７００紫外可见分光光度仪、ｐＨＳ－３Ｃ型ｐＨ计、数字化消解仪、ＨＡＣＨ－ＤＲ８００水质分析仪、ＬＴ－２１Ａ红外分光测油仪．１．２实验用水水质实验用水为焦化厂经初沉－厌氧－兼氧－好氧工艺处理后的出水，以下简称Ａ２Ｏ出水，水质分析见表１．表１Ａ２Ｏ出水水质Ｔａｂｌｅ１ＴｈｅｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｏｆＡ２ＯｄｒａｉｎａｇｅｐＨＣＯＤ／（ｍｇ·Ｌ－１）浊度／ＮＴＵ悬浮固体／（ｍｇ·Ｌ－１）ＵＶ２５４／（ｃｍ－１）矿物油／（ｍｇ·Ｌ－１）８．９５６２０～６５０２６．８４９．７０．１６９５５．７１．３实验装置及方法实验装置见图１．如图１所示，实验在恒压条件下进行，压力由氮气钢瓶提供，采用３００ｍＬ的超滤杯作为反应器，膜片封在超滤杯内，膜有效过滤面积３．３１８×１０－３ｍ２．透过液用电子秤（量程５０００ｇ，精度０．１ｇ）计算质量，取样间隔根据不同膜材料及透过速率变化调整在１５ｓ～１ｍｉｎ之间．收稿日期：２０１３－０３－２７；修改稿收到日期：２０１３－０７－０７基金项目：国家科技支撑计划：钢铁联合企业综合废水深度处理及循环回用技术及应用（２０１２ＢＡＣ０２Ｂ０４）。第一作者简介：张伟（１９８７－），男，河南驻马店人，硕士．＊通讯作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕｐｉｎｇ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ第１期张伟等：Ｆｅｎｔｏｎ氧化－微滤处理焦化废水及膜污染机理研究·１０５·图１实验装置Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｔｅｓｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔ膜材料为美国ＧＥ生产的孔径为０．２２μｍ的聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）、聚醚砜（ＰＥＳ）、混合纤维素及聚丙烯（ＰＰ）板式微滤膜．膜在使用前浸泡在去离子水里去除膜表面的保护剂．实验中分别用重铬酸钾法测定ＣＯＤ（ＧＢ１１９１４—１９８９）、重量法测定悬浮固体（ＧＢ／Ｔ２３８３７—２００９）、红外测油仪测定矿物油含量（ＨＺ－ＨＪ－ＳＺ－００９４）、紫外分光光计测定浊度（ＧＢ１３２００—１９９１）和ＵＶ２５４．１．４膜通量及阻力计算方法膜通量（或称透过速率）是指单位时间内通过单位膜面积上的流体量，一般以Ｌ／（ｍ２·ｈ）表示．膜通量（Ｊ１）的计算公式为：Ｊ１＝Ｖ／（Ｔ·Ａ）（１）式中，Ｊ１为膜通量，（Ｌ／ｍ２·ｈ）；Ｖ为透过液体积，Ｌ；Ｔ为时间，ｈ；Ａ为膜有效面积，ｍ２；膜污染一般通过膜污染过程中的阻力来表征．膜通量和操作压力之间的关系可用达西Ｄａｒｃｙ定律方程式表示：Ｊ１＝ΔＰμＲｔ＝ΔＰΔμ（Ｒｍ＋Ｒｂ＋Ｒｃ）（２）式中，Ｊ１为膜通量，Ｌ／（ｍ２·ｈ）；ΔＰ为过膜压差（ＴＭＰ），Ｐａ；μ为渗滤液动力学黏度，Ｐａ·ｓ；Ｒｔ为过