絮凝-活性炭-過氧化氫復(fù)合工藝處理醇酸廢水

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(山東大學 化學與化工學院，山東 濟南 250100)

醇酸廢水是在油脂、印染等行業(yè)生產(chǎn)及精制過程中產(chǎn)生的一種高濃度、高污染、氣味大、難降解的工業(yè)有機廢水，是造成水體污染的主要污染源之一。我國每年都會產(chǎn)生大量的醇酸廢水，因此對于醇酸廢水的有效處理成為一項重要課題。

目前，處理醇酸廢水的方法有很多，按其作用原理一般可分為物理化學法(主要有萃取法、化學混凝法、電絮凝法、鐵碳微電解法等)、化學法(主要有Fenton類氧化法、電化學氧化法、臭氧類氧化法、光催化氧化法、超臨界水氧化法等)和生物處理法(主要有好養(yǎng)生物法、厭氧生物法、厭氧-好氧聯(lián)合法)等。對醇酸廢水采用單一的處理方法很難達到理想效果，因此利用聯(lián)合處理方法是解決這一難題的一種新穎而有效的途徑[1]。

本研究采用的絮凝劑作為一類陽離子型丙烯酰胺類復(fù)合物，是一種新型無機高分子絮凝劑。向水中投加該絮凝劑后，該絮凝劑提供的大量陽離子使膠核表面變?yōu)榈入姞顟B(tài)，在此狀態(tài)下，膠粒間靜電斥力消失，發(fā)生脫穩(wěn)凝聚。同時，該絮凝劑在廢水中展開產(chǎn)生網(wǎng)捕作用，使膠粒快速粘結(jié)沉淀，進一步強化絮凝效果[2]。

活性炭既是良好的吸附劑，也是優(yōu)良的催化劑。本研究采用的粉末活性炭內(nèi)部有大量的空隙，比表面積可以達到1000m2/g，具有很強的吸附能力，它可以吸附水中難以降解的小分子有機物、除色以及除味等。同時它也能夠催化過氧化氫釋放強氧化性的羥基自由基·OH[3]。

過氧化氫分解產(chǎn)生的羥基自由基·OH具有強氧化性，通過自由基與有機化合物之間的加成、取代、電子轉(zhuǎn)移、斷鍵等作用，使水體中的大分子難降解有機物氧化降解成低毒或無毒的小分子物質(zhì)或直接礦化為二氧化碳、水等無機物，從而使醇酸廢水的COD值降低，可生化性提高[4]。

本文利用絮凝劑、活性炭、過氧化氫等對某廠的醇酸廢水首先進行絮凝處理，然后調(diào)節(jié)廢水pH值并進行催化氧化，以降低其COD和色度。

1 試驗部分

1.1 試驗對象

本試驗所需醇酸廢水采自山東省濱州市某油脂生產(chǎn)企業(yè)，其pH值為6.26，COD為25290mg/L，顏色為深棕色，色度為80倍。

1.2 試驗儀器與試劑

儀器：JJ-4型六聯(lián)動攪拌機；雷磁PHS-25型pH計；GR-2000電子天平；DZKW-4型電熱恒溫水浴鍋。

試劑：市售絮凝劑；粉狀活性炭；過氧化氫(質(zhì)量分數(shù)30%)，分析純；濃硫酸(質(zhì)量分數(shù)98%)，分析純。

1.3 試驗方法

采用絮凝與氧化試驗方法，通過單因素試驗，試驗了絮凝劑添加量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、反應(yīng)pH及活性炭添加量、過氧化氫添加量等不同條件下，絮凝-活性炭-過氧化氫組合工藝對醇酸廢水的處理效果。

絮凝試驗方法：取絮凝劑于醇酸廢水試樣中，靜置24h后過濾，取清液供后續(xù)試驗使用。

氧化試驗方法：取100mL試樣于250mL圓底燒瓶中，調(diào)節(jié)pH，然后依次加入活性炭、過氧化氫，將圓底燒瓶置于機械攪拌機反應(yīng)，反應(yīng)一定時間后，終止反應(yīng)，測定反應(yīng)后的COD和色度。

1.4 測定方法

COD：重鉻酸鉀法；

色度：稀釋倍數(shù)法(GB 11903-89)。

2 結(jié)果與討論

2.1 絮凝試驗

在保持相同試驗條件，處理量為100mL時，考察絮凝劑添加量對醇酸廢水處理效果的影響。結(jié)果見表1。

表1 絮凝劑對COD去除率和脫色率的影響

從表1數(shù)據(jù)可以看出，添加絮凝劑后，大量漂浮油污及大分子有機物被絮凝為沉淀除去，廢水試樣COD去除率最高達到44.65%，這與漂浮油污COD在原醇酸廢水中所占COD比值大有關(guān)。隨著大分子有機物的絮凝沉淀，廢水色度有所改善。而絮凝劑量加大并未使試驗結(jié)果有明顯改善，這表明添加少量絮凝劑即可達到理想效果。最終，綜合考慮COD去除率、脫色率及成本，選擇絮凝劑添加量為0.5%(質(zhì)量分數(shù))。

2.2 氧化試驗

2.2.1 反應(yīng)溫度的影響

在保持相同的試驗條件活性炭添加量2%(質(zhì)量分數(shù))，過氧化氫添加量6%(質(zhì)量分數(shù))，反應(yīng)時間4h，反應(yīng)pH值為4，處理量100mL時，考察反應(yīng)溫度對醇酸廢水處理效果的影響。結(jié)果見表2。

表2 反應(yīng)溫度對COD去除率和脫色率的影響

從表2數(shù)據(jù)可以看出，當反應(yīng)溫度從20℃逐漸升高到60℃時，廢水COD去除率與脫色率呈上升趨勢。在60℃時，COD去除率達到82.33%，脫色率也達到93.75%。當反應(yīng)溫度大于60℃時，脫色率雖然仍然顯著，但廢水COD去除率有所降低。這可能是隨著溫度升高，過氧化氫催化反應(yīng)增強。但當溫度高于60℃時，過氧化氫分解率增大，氧化反應(yīng)減弱。最終，綜合考慮COD去除率、脫色率及成本，選擇反應(yīng)溫度為60℃。

2.2.2 反應(yīng)時間的影響

在保持相同的試驗條件活性炭添加量2%(質(zhì)量分數(shù))，過氧化氫添加量6%(質(zhì)量分數(shù))，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)pH值為4，處理量100mL時，考察了反應(yīng)時間對醇酸廢水處理效果的影響。結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)時間對COD去除率和脫色率的影響

從表3數(shù)據(jù)可以看出，當反應(yīng)時間從0.5h逐漸增加4h時，廢水COD去除率與脫色率呈上升趨勢。當反應(yīng)溫度大于4h時，COD去除率、脫色率雖然仍然顯著，但趨勢已趨于平緩，且時間過長有返色現(xiàn)象。這可能是隨著反應(yīng)時間的延長，反應(yīng)已達到平衡，長時間反應(yīng)后部分未分解有機物反應(yīng)生成帶色化合物，導(dǎo)致有返色現(xiàn)象。最終，綜合考慮COD去除率、脫色率及成本，選擇反應(yīng)時間為4h。

2.2.3 反應(yīng)pH的影響

在保持相同的試驗條件活性炭添加量2%(質(zhì)量分數(shù))，過氧化氫添加量6%(質(zhì)量分數(shù))，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時間4h，處理量100mL下，考察了反應(yīng)pH值對醇酸廢水處理效果的影響。結(jié)果見表4。

從表4數(shù)據(jù)可以看出，酸性條件下，隨著pH值逐漸降低，COD去除率、脫色率呈上升趨勢。在堿性條件下，COD去除率、脫色率均受到抑制。這主要是過氧化氫在酸性條件下具有強氧化性，能夠分解釋放強氧化性的羥基自由基·OH，而在堿性條件下，過氧化氫受到抑制有關(guān)。最終，綜合考慮COD去除率、脫色率及成本，選擇反應(yīng)pH值為4。

2.2.4 活性炭添加量的影響

在保持相同的試驗條件過氧化氫添加量6%(質(zhì)量分數(shù))，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時間4h，反應(yīng)pH值為4，處理量100mL下，考察了活性炭添加量對醇酸廢水處理效果的影響。結(jié)果見表5。

表4 反應(yīng)pH值對COD去除率和脫色率的影響

表5 活性炭添加量對COD去除率和脫色率的影響

從表5數(shù)據(jù)可以看出，當活性炭添加量從0.25%逐漸增加到2%時，廢水COD去除率與脫色率呈上升趨勢。當活性炭添加量大于2%時，廢水COD去除率雖稍有增加，但趨于平緩。最終，綜合考慮COD去除率、脫色率及成本，選擇活性炭添加量為2%。

2.2.5 過氧化氫添加量的影響

在保持相同的試驗條件活性炭添加量2%(質(zhì)量分數(shù))，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時間4h，反應(yīng)pH值為4，處理量100mL時，考察了過氧化氫添加量對醇酸廢水處理效果的影響。結(jié)果見表6。

表6 過氧化氫添加量對COD去除率和脫色率的影響

從表6數(shù)據(jù)可以看出，當過氧化氫添加量從0.5%逐漸增加6%時，廢水COD去除率與脫色率呈上升趨勢；當過氧化氫添加量大于6%時，廢水COD去除率雖稍有增加，但趨于平緩。但當添加量繼續(xù)增大時，反而出現(xiàn)COD去除率下降現(xiàn)象，這可能與過氧化氫氧化產(chǎn)生的自由基離子過多，導(dǎo)致再次自聚合，氧化效率降低有關(guān)。最終，綜合考慮COD去除率、脫色率及成本，選擇過氧化氫添加量為6%。

3 結(jié)論與展望

絮凝的最佳試驗條件為：陽離子型丙烯酰胺類復(fù)合物作為絮凝劑，最佳添加量為0.5%(質(zhì)量分數(shù))，靜置沉淀時間為24h。最佳絮凝條件下，醇酸廢水經(jīng)絮凝處理后COD和色度有較大改善，COD去除率為43.24%，脫色率為56.25%。

氧化的最佳試驗條件為：反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時間4h，反應(yīng)pH值為4，活性炭添加量2%(質(zhì)量分數(shù))，過氧化氫添加量6%(質(zhì)量分數(shù))。最佳氧化條件下，醇酸廢水經(jīng)氧化處理后COD和色度均有較大改善，COD去除率為82.33%，脫色率為93.75%。

處理后的醇酸廢水可生化性得到極大改善，后期可考慮利用生物處理方法對其進行進一步處理，使廢水水質(zhì)達到更好。