設計正交試驗考察芬頓工藝對焦化反滲透濃水COD的去除效果

劉 鑫，胡 鵬，楊 輝

（北京天地人環?？萍加邢薰?，北京 102600）

近年焦化產業在快速發展的同時，也帶來了較為突出的環境問題。隨著干熄焦技術的推廣應用，對焦化廢水進行深度處理并回用代替新鮮水、節約水資源已成為當前的發展趨勢。而由于煉焦所用的原料煤不同，產生的焦化廢水水質就不同，對廢水中COD 的有效去除是深度處理工藝的瓶頸問題。本文設計正交實驗考察芬頓法對焦化RO 濃水COD 的去除效果，為相關項目的設計工作提供數據支撐。

1 實驗試劑與儀器

本次實驗所用原水取自河北某焦化RO 濃水，水質指標見表1。

表1 焦化RO濃水水質表

芬頓法是以過氧化氫為氧化劑、以亞鐵鹽為催化劑的均相催化氧化過程，反應中產生的·OH 是一種氧化能力很強的自由基，能氧化廢水中幾乎所有的有機物，從而能夠有效降低廢水的色度和 COD 。許海燕等[1]在生化處理后的焦化廢水中加入芬頓試劑、PAM 和FeCl3，處理后水樣中的 COD 從 223.9mg/L 降至 43.2mg/L。美國猶他州立大學的研究人員使用順磁共振的方法用一種自由基捕獲劑研究芬頓反應中生成的氧化劑碎片[2]，成功獲得了羥基自由基的信號，提出了多種可能的自由基和氧化劑碎片的生成機理。

芬頓氧化法具有設備簡單、反應條件溫和、操作方便、氧化速率高的優點，但也同樣存在藥劑成本高、易引入二次污染等問題。

2 實驗數據

2.1 COD的測定

本實驗原水氯根約5 000mg/L，遠超COD 試劑管要求氯根＜1 000mg/L 的上限，必須先對其進行稀釋處理方可盡量掩蔽氯根的干擾。但稀釋倍數的增加不僅直接增加了檢測的誤差，又使得深度處理之后的水樣較低的COD 濃度逼近試劑管20mg/L 的檢出限，一定程度上影響結果的準確性。

實際操作中多次分別按照稀釋5倍和10倍的數據進行對比，根據長期水質檢測的實際經驗，本次實驗中所有水樣的COD 數據均按稀釋10倍進行檢測。

2.2 芬頓氧化法

2.2.1 實驗設計芬頓實驗中涉及到至少4種核心藥劑（硫酸、硫酸亞鐵、雙氧水、氫氧化鈉）的投加，若對上述4因素分別選取3個水平進行考察，則全面實驗水平組合數為34即81組實驗，在水樣存量、時間、人力等條件均較為有限的情況下，本實驗利用正交表L9（34）安排試驗，共包含9個水平組合，近似反映81個水平組合的全面實驗的情況，找出最佳的實驗條件。

室溫條件下，將原水放入帶有攪拌裝置的容器內，在pH為3～4、反應時間為60min 的條件下，加入不同量的雙氧水與硫酸亞鐵溶液，測定水樣在相同反應條件下經混凝沉淀處理后的COD 濃度見表2。COD 均值響應見表3。

表2 芬頓正交試驗對出水COD、電導率及產泥量的影響

表3 芬頓正交試驗出水COD均值響應表

2.2.2 結果分析

以COD 作為指標進行數據直觀分析結果。根據極差分析可知，各因素對出水COD 的影響程度為：H2O2＞終止pH＞Fe2+＞反應pH。

綜上，以出水COD 為指標的組合條件依其響應程度強弱依次為m（H2O2）∶m（COD）=1.5 ∶1，終止pH7.5、n（H2O2）∶n（Fe2+）=1 ∶1，反應pH4。

2.2.3 結論驗證

以表3中所得優化組合條件下進行2組平行重復實驗，出水COD 分別為130mg/L 和141mg/L，可重復性較好。

3 結論

1）對于水中氯根較高而COD 相對較低的水樣，可通過稀釋可將水中氯根濃度降低以減輕氯根對檢測結果的干擾。

2）本次實驗中，芬頓法降解焦化RO 濃水COD 的最優結果為出水COD130mg/L，對應條件為：反應pH 4，m（H2O2）：

m（COD）=1.5 ∶1，n（H2O2） ∶n（Fe2+）=1 ∶1，HRT= 1h、終止pH 7.5以上，對應噸水成本約為7.67元，電導率增加19.8%，污泥量約為1.91kg/t。實際在工程應用中，由于可以實現雙氧水多點分布分批投加、斜管加速沉淀等條件，其應用效果應好于實驗結果。

3）以去除COD 為目的的焦化RO 濃水深度處理實驗，對于COD 濃度為501.2mg/L 的原水，采用芬頓法處理，可實現出水COD 150mg/L 以下，噸水成本在8元左右。