制膜廢水的氧化處理實(shí)驗(yàn)研究

程愛華 尹向輝 魏 錸

(信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院，陜西西安 710054)

0 引言

膜技術(shù)應(yīng)用于水處理領(lǐng)域始于20世紀(jì)60年代，由于其可以去除水中大部分懸浮物、膠體、細(xì)菌等物質(zhì)，且操作壓力低、無消毒副產(chǎn)物等優(yōu)良性能，被譽(yù)為第三代飲用水處理技術(shù)[1]。膜技術(shù)作為一種高效、節(jié)能、環(huán)保的分離技術(shù)，替換傳統(tǒng)分離工業(yè)的空間日益擴(kuò)大，在產(chǎn)品精制分離、廢水資源化等領(lǐng)域逐漸體現(xiàn)出其重大的潛力[2，3]。隨著膜技術(shù)的廣泛應(yīng)用，制膜工廠日趨增多。膜的制備過程中產(chǎn)生大量有機(jī)廢水，對(duì)制膜廢水的處理研究報(bào)道不多，常用的方法是氧化技術(shù)。

本文探討微電解氧化、芬頓氧化、微電解強(qiáng)化芬頓氧化技術(shù)處理實(shí)際制膜廢液和制膜沖洗水，取得了較好的處理效果，為制膜廢水的處理開拓了道路。

1 原理

微電解法是以鐵或含鐵物質(zhì)為陽(yáng)極，以含炭物質(zhì)為陰極，以廢水中的離子為電解質(zhì)，利用在裝置內(nèi)發(fā)生的微電化學(xué)反應(yīng)凈化溶液及廢水中各種污染物分子的電化學(xué)處理方法。由電極反應(yīng)引起的氧化還原、電富集、物理吸附和混凝沉淀等作用可進(jìn)一步強(qiáng)化處理效果[4]。

Fenton氧化法是將FeSO4或其他含F(xiàn)e2+的物質(zhì)與H2O2(Fenton試劑)在低pH條件下混合，F(xiàn)e2+催化分解H2O2推動(dòng)自由基鏈反應(yīng)，進(jìn)而生成羥基自由基(·OH)，這些·OH具有很高的氧化能力，電極電位高達(dá)2.8 V，僅次于F，能在短時(shí)間內(nèi)分解有機(jī)物，將其氧化成CO2和H2O或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為較易生物降解的有機(jī)物，從而大大提高廢水的可生化性[5，6]。Fenton試劑除了具有氧化作用以外，還具有氫氧化鐵復(fù)合物的混凝作用[7]，進(jìn)一步強(qiáng)化了其處理效果。

微電解強(qiáng)化芬頓氧化技術(shù)先進(jìn)行鐵炭微電解反應(yīng)，然后加入H2O2，使H2O2與微電解生成的Fe2+構(gòu)成Fenton試劑，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的·OH進(jìn)攻有機(jī)分子，并使其礦化分解，從而達(dá)到去除有機(jī)物的目的[8]。該法具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 水樣和材料

鐵炭材料分別采用粒徑為1 mm～5 mm的高鋼和粒狀活性炭。活性炭和高鋼均用自來水來進(jìn)行沖洗干凈，再放置于配好的模擬廢水中浸泡2 d，以消除吸附對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。充分浸泡后，自然風(fēng)干。

水樣采自某制膜廠實(shí)際廢水。

2.2 水質(zhì)分析

ρ(DMF)和 ρ(DMAC)均用 ρ(COD)表征，ρ(COD)采用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定。

2.3 試驗(yàn)方法

將100 mL的廢水加到150 mL的燒杯中，再向其中加入一定量混合均勻的高鋼和活性炭。反應(yīng)一定時(shí)間后取其出水，將其pH值調(diào)節(jié)至8.5，曝氣后，取上清液進(jìn)行測(cè)定(去除鐵離子影響)。

將100 mL的廢水加到150 mL的燒杯中，調(diào)節(jié)pH值，加入雙氧水和硫酸亞鐵。反應(yīng)一段時(shí)間后，取上清液進(jìn)行測(cè)定。

將100 mL的廢水加到150 mL的燒杯中，再向其中加入一定量混合均勻的高鋼和活性炭。反應(yīng)一定時(shí)間后取其出水，加入雙氧水反應(yīng)一段時(shí)間后，取上清液進(jìn)行測(cè)定。

3 結(jié)果與討論

3.1 微電解法

實(shí)驗(yàn)采用高鋼和活性炭作為填料，填料比為1∶1，投加量為200 g/L，制膜廢水與制膜沖洗水濃度分別為36 700 mg/L和734.4 mg/L，pH調(diào)到5，反應(yīng) 60 min，采取曝氣與不曝氣兩種方式，研究微電解處理效果并進(jìn)行對(duì)比，表1為處理效果。

表1 微電解處理制膜廢水效果

從表1可以看出，微電解處理制膜廢液的COD去除率(44.4%)大于處理制膜沖洗廢水的COD去除率(22%)。對(duì)微電解工藝而言，曝氣效果好于不曝氣的效果，主要有以下兩個(gè)原因:一方面，曝氣引起液體擾動(dòng)，增加反應(yīng)速度，另一方面，曝氣帶入氧氣，可參與微電解反應(yīng)，強(qiáng)化處理效果。

3.2 芬頓氧化法

在pH=3，雙氧水投加量為5 mL/L，F(xiàn)eSO4·7H2O投加量為2 500 mg/L，反應(yīng)時(shí)間為40 min時(shí)，考察芬頓氧化法處理制膜廢水的效果，具體結(jié)果見表2。

表2 芬頓氧化法處理制膜廢水的效果

由表2可知，芬頓氧化法處理制膜廢液和制膜沖洗水的效果相當(dāng)，即COD的去除率為35.71%和38.9%。單純用微電解法或芬頓氧化法效果不佳。

3.3 芬頓強(qiáng)化微電解法

在pH=5，炭鐵比為1∶1，投加量為200 g/L，F(xiàn)eSO4·7H2O 投加量為1 000 mg/L，H2O2投加量為2.7 mL/L，反應(yīng)時(shí)間1 h，具體結(jié)果見表3。

表3 芬頓強(qiáng)化微電解處理制膜廢水的效果

由表3可知，芬頓強(qiáng)化微電解技術(shù)可以用于處理不同濃度的制膜廢水并且具有良好的去除效果，其對(duì)制膜廢液的去除率可以達(dá)到72.22%，對(duì)制膜沖洗水的去除率可以達(dá)到66.67%。

4 結(jié)語

通過研究微電解法、芬頓氧化法和芬頓強(qiáng)化微電解處理制膜廢水的效果發(fā)現(xiàn)，芬頓強(qiáng)化微電解技術(shù)處理制膜廢水效果最佳，在pH=5，炭鐵比為1∶1，鐵屑投加量22.5 g，活性炭投加量為22.5 g，F(xiàn)eSO4·7H2O 投加量為 1 000 mg/L，H2O2投加量為2.7 mL/L，反應(yīng)時(shí)間1 h的條件下，制膜廢液的COD去除率可以達(dá)到72.22%，制膜沖洗水的COD去除率可以達(dá)到66.67%。

[1] 楊艷玲，李 星，李圭白.新一代飲用水凈化工藝——以超濾為核心技術(shù)的組合工藝[J].水科技，2007(13):62-63.

[2] Nigam M O，Bansal B，Chen X D.Fouling and cleaning of whey protein concentrate fouled ultrafiltration membranes[J].Desalination，2008(218):313-322.

[3] Muthukumaran S，Kentish S E，Ashokkumar M，et al.Mechanisms for the ultrasonic enhancement of dairy whey ultrafiltration[J].J Membr Sci，2005(258):106-114.

[4] Li S Z，Li X Y，Wang D Z.Membrane(RO-UF)filtration for antibiotic wastewater treatment and recoveryof antibiotics[J].Sepn and Purifn Technol，2004(34):109-114.

[5] GOGATE P R，PANDIT A B.A review of imperative technologies for wastewater treatment:I.oxidation technologies at ambient conditions[J].Advances in Environmental Research，2004，8(3):501-551.

[6] W ISZNIOW SKIJ，ROBERT D，BORSKA J S，et al.Land fill leachate treatment methods:a review[J].Environmental Chemistry Letters，2006，4(1):51-61.

[7] TEKIN H，BILKAY O，ATABERK S S，et al.Use of Fenton oxidation to improve the biodegradability of a pharmaceutical wastewater[J].J Hazard Materi，2006，136(B):258-265.

[8] 陽(yáng)立平，肖賢明.Fenton法在焦化廢水處理中的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].中國(guó)給水排水，2008，24(18):9-13.