Fenton試劑氧化—活性炭吸附處理煉油廠循環水排污水

馮 婕，王 崠，酈和生

（中國石化 北京化工研究院燕山分院，北京 102500）

Fenton試劑氧化—活性炭吸附處理煉油廠循環水排污水

馮 婕，王 崠，酈和生

（中國石化 北京化工研究院燕山分院，北京 102500）

采用Fenton試劑氧化—活性炭吸附工藝處理煉油廠循環水排污水，考察了各種因素對處理效果的影響。通過實驗得出最佳處理條件為：室溫，H2O2加入量600 mg/L，m（H2O2）∶m（Fe2+）=4，水樣pH5.0～5.5，Fenton試劑氧化反應時間1 h，活性炭選擇8～30目的無煙煤破碎炭，水樣在吸附柱的停留時間約為30 min。當循環水排污水COD低于150 mg/L時，經該聯合工藝處理后出水COD低于50 mg/L，達到GB8978—1996?污水綜合排放標準?中的二級排放標準。

芬頓試劑；活性炭吸附；循環水排污水；廢水處理

隨著循環水濃縮倍數的不斷提高，排污量不斷減少，水中各類物質的停留時間都隨之延長，循環水中有機物的含量也不斷提高，煉油系統循環水中COD超標已經相當普遍。循環水中的有機物主要來自投加的水質穩定劑，有時也包括泄漏的物料和產生的生物黏泥。將循環水系統排污水排入污水凈化廠進行COD去除可作為暫時的處理方案，但由于水中的含鹽量較大，進入污水凈化廠處理時會給后續的再生制水增加很大壓力，也會消耗較高的污水處理費用。

Fenton試劑氧化法通過H2O2和Fe2+作用產生·OH，具有極強的氧化能力，常作為降解水中有機物的預處理工藝［1-5］。吸附法在廢水處理中的作用也越來越重要，其中活性炭吸附法是一種應用較早的方法，但由于活性炭價格較高，因而將其應用于低濃度污染性強的廢水處理或廢水深度處理更能充分發揮其優勢，在降低廢水處理成本的同時也可提高處理效率和效果［6-8］。因此采用Fenton試劑氧化預處理聯合活性炭吸附技術深度處理循環水排污水效果較好。

本工作采用Fenton試劑氧化—活性炭吸附技術降解循環水排污水中的有機物，取得了良好的效果。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

實驗用廢水取自某煉油廠的循環水排污水，COD為90～200 mg/L、UV254（波長254 nm處單位比色皿光程下的吸光度）為0.400～0.600、pH為7.8～8.5。FeSO4·7H2O、質量分數為30%的H2O2：分析純；活性炭：無煙煤破碎炭，8～30目。

HYC-Ⅲ型回轉式恒溫調速搖瓶柜：上海新星自動化控制設備成套廠；BT100-1L型蠕動泵：保定蘭格恒流泵有限公司；752-P型紫外-可見分光光度計：上海現科儀器有限公司。

1.2 Fenton試劑氧化實驗

取100 m L水樣加入到250 m L燒杯中，加入一定量的H2O2和FeSO4·7H2O，在轉速為200 r/m in的搖瓶柜中振蕩一定時間，調節pH至6靜置30 m in，取上清液測定水樣COD和UV254。

1.3 活性炭吸附實驗

取20 g活性炭加入到直徑為30 mm的有機玻璃柱中，活性炭層厚度為10 cm，Fenton試劑氧化后出水經蠕動泵從玻璃柱下口進入，經活性炭層過濾吸附，從玻璃柱上口流出，在活性炭層的停留時間為30 min，定時從上口取樣測定出水的COD和UV254。

1.4 分析方法

采用重鉻酸鉀法測定COD［9］，計算COD去除率；采用紫外-可見分光光度計測定UV254，計算UV254降低率。

2 結果與討論

2.1 m（H2O2）∶m（Fe2+）對Fenton試劑氧化效果的影響

從Fenton的反應機理來看，Fe2+的加入量對H2O2的利用率有很大影響，所以Fenton體系存在一個比較合適的H2O2與Fe2+加入量的比例。當H2O2加入量為1.5 g/L、水樣自然pH、常溫下反應2 h時，m（H2O2）∶m（Fe2+）對Fenton試劑氧化效果的影響見圖1。由圖1可見：隨著m（H2O2）∶m（Fe2+）的增大，處理后水樣的COD和UV254均先減小后逐漸增大，說明隨著Fe2+加入量的減少，Fenton試劑對循環水排污水的處理效果先增大后減小；在m（H2O2）∶m（Fe2+）為4時，處理效果最好，此時Fenton試劑氧化出水COD為99.21 mg/L，COD去除率為35.19%，所以本實驗選擇m（H2O2）∶m（Fe2+）為4。

圖1 m（H2O2）∶m（Fe2+）對Fenton試劑氧化效果的影響

2.2 H2O2加入量對Fenton試劑氧化效果的影響

當m（H2O2）∶m（Fe2+）為4、水樣自然pH、常溫下反應2 h時，H2O2加入量對Fenton試劑氧化效果的影響見圖2。由圖2可見：隨著H2O2加入量的增大，Fenton試劑處理后水樣的UV254先逐漸減小而后趨于穩定；而COD則是先減小后逐漸增大；當H2O2加入量為600～1 200 mg/L時，Fenton試劑氧化處理效果較好，處理后水樣COD趨于穩定。綜合考慮經濟效益，本實驗中選擇H2O2加入量為600 mg/L。

圖2 H2O2加入量對Fenton試劑氧化效果的影響

2.3 水樣pH對Fenton試劑氧化效果的影響

Fenton試劑是在酸性條件下發揮作用，而循環水排污水pH約為7.0～8.0，氧化處理前需要先調節水樣pH。當m（H2O2）∶m（Fe2+）為4、H2O2加入量為600 mg/L、常溫下反應2 h時，水樣pH對Fenton試劑氧化效果的影響見圖3。由圖3可見：隨著水樣pH的增大，Fenton試劑氧化出水的COD和UV254均先減小后增大，當水樣pH為5.0時，Fenton試劑氧化效果最佳。在循環水排污水COD為123 mg/L時，處理后水樣COD僅為66 mg/L，COD去除率可以達到46.13%。所以本實驗選擇水樣pH的最佳值為5.0～5.5。

2.4 反應時間對Fenton試劑氧化效果的影響

當m（H2O2）∶m（Fe2+）為4、H2O2加入量為600 mg/L，水樣pH為5.0～5.5、常溫時，反應時間對Fenton試劑氧化效果的影響見圖4。由圖4可見，當反應時間為1 h時，處理后水樣COD最低。所以本實驗選擇Fenton試劑的氧化時間為1 h。

圖4 反應時間對Fenton試劑氧化效果的影響

2.5 反應溫度對Fenton試劑氧化效果的影響

循環水排污水COD為92 mg/L，當m（H2O2）∶m（Fe2+）為4、H2O2加入量為600 mg/L、水樣pH為5.0～5.5、反應時間為1 h時，反應溫度對Fenton試劑氧化效果的影響見圖5。由圖5可見，當反應溫度低于50 ℃時，隨著反應溫度的升高，處理后水樣COD隨著溫度的升高逐漸減小，但降幅不大；當溫度超過50 ℃時，處理后水樣COD隨著溫度的升高反而逐漸升高。所以本實驗中Fenton試劑的氧化溫度選擇室溫即可，在室溫條件下COD為92 mg/L的循環水排污水經Fenton試劑氧化處理后COD僅為51 mg/L，達到國標污水綜合排放二級標準，即COD低于60 mg/L［11］。

圖5 反應溫度對Fenton試劑氧化效果的影響

2.6 Fenton試劑氧化與活性炭吸附聯用處理循環水排污水

在上述最佳實驗條件下，采用Fenton試劑氧化與活性炭吸附聯用工藝處理循環水排污水，出水COD和UV254隨處理水量的變化見圖6和圖7。

由圖6可見：Fenton試劑氧化對循環水排污水UV254的降低效果較好，而且比較穩定，降低率約為70%；而活性炭吸附對循環水排污水UV254的降低基本沒有太大作用，隨著處理水量的增加，活性炭吸附后出水UV254先增加后降低，在處理水量為0～12 L時， UV254明顯減小，在處理水量為12～25 L時，活性炭吸附后出水UV254逐漸增大，遠遠超過Fenton試劑氧化出水UV254，甚至超過循環水排污水初始UV254，在處理水量超過25 L以后，活性炭吸附后出水UV254又開始減小，逐漸接近Fenton試劑氧化出水UV254。其原因可能是活性炭吸附對大分子有機物有一定吸附作用，隨著處理水量的增大，活性炭吸附飽和，原先吸附的大分子有機物開始析出使得活性炭吸附出水UV254升高且比循環水排污水初始UV254還要大，隨著處理水量的繼續增大析出有機物逐漸較少，活性炭吸附出水UV254開始逐漸降低，逐漸接近循環水排污水初始UV254。

由圖7可見：當處理水量為0～35 L時，隨著處理水量的增加，活性炭吸附出水COD基本穩定，總COD去除率約在60%左右，最高可達85%；當循環水排污水COD為150 mg/L時，經該聯合工藝處理后出水COD小于50 mg/L，達到直接外排二級標準；處理水量超過35 L以后活性炭吸附效果逐漸減弱，處理水量超過40 L以后Fenton試劑氧化出水COD與活性炭吸附出水COD趨于相同，說明活性炭吸附基本飽和，此時活性炭COD吸附容量約為60 mg/g，由此可知1 t活性炭至少可以處理2 000 t經Fenton試劑氧化處理的循環水排污水。

圖6 Fenton試劑氧化與活性炭吸附聯用處理循環水排污水出水UV254隨處理水量的變化

圖7 活性炭吸附處理Fenton試劑氧化后水樣COD去除率隨處理水量的變化

3 結論

a）采用Fenton試劑氧化—活性炭吸附工藝處理循環水排污水，Fenton試劑氧化的最佳實驗條件為：H2O2加入量600 mg/L，m（H2O2）∶m（Fe2+）=4，pH為5.0～5.5，反應時間1 h，反應溫度室溫。

b）活性炭吸附工藝選擇8～30目的無煙煤破碎炭填裝吸附柱，水樣停留時間約為30 m in。活性炭對COD的吸附容量約為60 mg/g，1 t活性炭至少可以處理2 000 t經Fenton試劑氧化處理的循環水排污水。

c）當循環水排污水COD為150 mg/L時，經過Fenton試劑氧化—活性炭吸附工藝處理后COD小于50 mg/L，達到直接外排二級標準。Fenton試劑氧化對循環水排污水UV254的降低效果較好，降低率約為70%；活性炭吸附對循環水排污水UV254的降低基本沒有太大作用。

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Treatment of Effluent Circulation W ater in Refinery by Fenton Reagent Oxidation-Activated Carbon Adsorption Process

Feng Jie，Wang Dong，Li Hesheng

（Yanshan Branch of Beijing Research Institute of Chem ical Industry，SINOPEC，Beijing 102500，China）

Effluent circulation water was treated by Fenton reagent oxidation-activated carbon adsorption process and the affecting factors w ere investigated. The optimum conditions are as follow s：room temperature，H2O2dosage 600 mg/L，m(H2O2)∶m(Fe2+)=4，sample water pH 5-5.5，oxidation reaction time 1 h，using cracked-anthracite-based activated carbon with 8-30 mesh，water residence time in adsorption column 30 min. After the effluent circulation water with less than 150 mg/L of COD is treated，the treated water COD is below 50 mg/L，which can meet the second grade discharge standard of GB8978—1996.

Fenton reagent；activated carbon adsorption；effluent circulation water；wastewater treatment

X703.1

A

1006-1878（2012）04 - 0343 - 04

2011 - 12 - 26；

2012 - 03 - 12。

馮婕(1980—)，女，山西省晉中市人，碩士，工程師，主要研究方向為水處理技術。電話 010 -80344845，電郵 fengjie.bjhy@sinopec.com。

（編輯 張艷霞）