Fenton試劑強(qiáng)化活性焦吸附處理反滲透濃水的實(shí)驗(yàn)研究

王 浩，馬 研，喬瑞平，黃海峰，李 崗，王 敏，劉 冰，王 盼，王俊霞，李 璠

（1.上海泓濟(jì)環(huán)保科技股份有限公司，上海200082；2.山西泓華水務(wù)有限公司，山西 晉城048000）

引 言

某煤氣化企業(yè)有機(jī)廢水經(jīng)過“UASB+HBF生化處理+混凝沉淀+V型濾池”，再經(jīng)膜系統(tǒng)濃縮處理后，在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)水回用的同時(shí)，一般會(huì)產(chǎn)生約25%左右的反滲透濃水，廢水中的有機(jī)物大部分被截留至濃水中，使其具有高難生物降解的有機(jī)廢水特性[1-2]，其中的COD質(zhì)量濃度在60 mg/L～120 mg/L，對(duì)后續(xù)的“零排放”蒸發(fā)系統(tǒng)會(huì)造成一定的影響，因此該反滲透濃水必須經(jīng)過深度處理后才能進(jìn)入“零排放”蒸發(fā)系統(tǒng)。

反滲透濃水深度處理的方法有臭氧催化氧化法[3-4]、Fenton試劑氧化法[5]、吸附法[6]、電化學(xué)法[7-8]、強(qiáng)化生物法及組合工藝[9-10]等，吸附法由于其成本低、運(yùn)行參數(shù)少、易于控制、效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于水處理中[11-12]。常見的吸附劑有活性炭、活性焦、硅藻土、沸石等，其中活性焦雖然較活性炭比表面積小，但是由于中孔發(fā)達(dá)，性價(jià)比較高，具有較好的應(yīng)用前景[13]。陳文松等[14-15]研究發(fā)現(xiàn)，活性炭吸附聯(lián)合Fenton氧化技術(shù)處理含鹽有機(jī)廢水時(shí)，吸附劑對(duì)水中有機(jī)污染物及Fe2+均有比較強(qiáng)的吸附作用，通過Fenton試劑反應(yīng)產(chǎn)生的·OH對(duì)吸附劑吸附的有機(jī)物及溶液中的有機(jī)物均有去除作用，而且對(duì)吸附劑有一定的自凈作用，能夠強(qiáng)化吸附劑的吸附效果。

本實(shí)驗(yàn)以煤化工反滲透濃水為研究對(duì)象，以活性焦為吸附劑，對(duì)活性焦的吸附條件進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上引入Fenton試劑氧化強(qiáng)化活性焦的吸附效果，考察其對(duì)反滲透濃水的處理效果，優(yōu)化反應(yīng)條件，為工程項(xiàng)目提供技術(shù)支撐。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1主要試劑和儀器

實(shí)驗(yàn)試劑：H2O2（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%），F(xiàn)eSO4·7H2O（質(zhì)量濃度10 g/L），硫酸溶液（硫酸與水體積比1∶9），氫氧化鈉（濃度2 mol/L），選用9種市售活性焦。

實(shí)驗(yàn)所用儀器見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)所用儀器名稱、型號(hào)及廠家

1.2廢水水質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)水樣取自某煤化工反滲透濃水出水口，水質(zhì)指標(biāo)如表2所示。

表2 反滲透濃水水質(zhì)指標(biāo)

1.3實(shí)驗(yàn)方法

量取100 mL濃水置于250 mL錐形瓶?jī)?nèi)，加入活性焦、H2O2、FeSO4·7H2O后，置于回旋式振蕩器中于200 r/min下進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后立即過濾，用重鉻酸鉀法測(cè)定廢水COD，根據(jù)式（1）計(jì)算COD去除率（K）。

式中：C0為反應(yīng)前COD，mg/L；C1為反應(yīng)后COD，mg/L。

實(shí)驗(yàn)過程中，首先對(duì)活性焦種類、吸附時(shí)間、活性焦投加量及反滲透濃水pH值進(jìn)行考察，探討活性焦吸附的最佳條件；其次在活性焦吸附最佳條件下加入Fenton試劑，強(qiáng)化活性焦吸附效果，對(duì)H2O2及FeSO4·7H2O投加量進(jìn)行了考察。

2 結(jié)果與分析

2.1活性焦吸附條件考察

2.1.1 活性焦的篩選

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)情況，選用9種粉末活性焦作為吸附劑，在活性焦投加量為1.0 g/L，吸附時(shí)間為30 min時(shí)，各活性焦的吸附性能差異較大，其中4#活性焦對(duì)于該反滲透濃水COD的吸附效果明顯優(yōu)于其他活性焦，其COD去除率可達(dá)60.58%，而1#、2#、3#、5#、6#、7#、8#和9#活性焦的COD去除率分別為8.76%、57.66%、-2.19%（活性焦品質(zhì)較差，帶入有機(jī)雜質(zhì)所致）、20.44%、43.80%、9.49%、16.06%和0.73%。因此，選擇4#活性焦作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的吸附劑。

2.1.2 吸附時(shí)間對(duì)COD去除效果的影響

在4#活性焦投加量1.0 g/L條件下，分別反應(yīng)5 min、10 min、15 min、20 min、30 min、40 min、50 min，考察不同吸附時(shí)間對(duì)COD去除效果的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 吸附時(shí)間對(duì)COD去除效果的影響

由圖1可知，當(dāng)吸附時(shí)間＜30 min時(shí)，隨著吸附時(shí)間的延長，COD的去除率上升較快；當(dāng)吸附時(shí)間為30 min時(shí)，COD的去除率達(dá)62.03%；后繼續(xù)延長吸附時(shí)間，COD的去除率提高速度變緩。因此，考慮實(shí)際處理成本，選擇30 min為最佳吸附時(shí)間。

2.1.3 活性焦投加量對(duì)COD去除效果的影響

在4#活性焦投加量分別為0.2 g/L、0.4 g/L、0.6 g/L、0.8 g/L、1.0 g/L、1.2 g/L、1.4 g/L、1.6 g/L、1.8 g/L時(shí)，吸附反應(yīng)30 min，考察活性焦投加量對(duì)COD去除效果的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 活性焦投加量對(duì)COD去除效果的影響

由圖2可知，隨著4#活性焦投加量的增加，COD的去除率逐漸升高，當(dāng)活性焦投加量為1.0 g/L時(shí)，COD去除率達(dá)61.81%，后繼續(xù)增加活性焦的用量，COD的去除率變化不大。因此，4#活性焦的投加量為1.0 g/L時(shí)為最佳投加量。

2.1.4 pH對(duì)COD去除效果的影響

在4#活性焦投加量為1.0 g/L、吸附時(shí)間30 min條件下，調(diào)節(jié)反滲透濃水pH分別為4.05、5.05、5.97、7.05、7.95、8.97、10.03，考察pH對(duì)COD去除效果的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 pH對(duì)COD去除效果的影響

由圖3可知，在偏堿性條件下，COD的去除效果相對(duì)較好。綜合考慮水處理效果和費(fèi)用，在實(shí)驗(yàn)中不予調(diào)整pH。

2.2 Fenton試劑強(qiáng)化活性焦吸附條件考察

2.2.1 H2O2投加量對(duì)COD去除效果的影響

在4#活性焦投加量為1.0 g/L、吸附時(shí)間30 min條件下，分別加入0、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L、75 mg/L、90 mg/L的H2O2，分析H2O2投加量對(duì)COD去除效果的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 H2O2投加量對(duì)COD去除效果的影響

由圖4可知，當(dāng)H2O2投加量為10 mg/L時(shí)，COD去除率為57.50%，去除效果較未加入H2O2時(shí)有少量提高，后繼續(xù)增大H2O2投加量，COD的去除率持續(xù)下降，說明單獨(dú)添加H2O2對(duì)活性焦的吸附強(qiáng)化作用不大，甚至過量的H2O2會(huì)影響COD的去除效果。因此，H2O2投加量為10 mg/L時(shí)為最佳投加量。

2.2.2 FeSO4·7H2O投加量對(duì)COD去除效果的影響

在4#活性焦和H2O2投加量分別為1.0 g/L和10 mg/L、吸附時(shí)間30min的條件下，再分別加入0、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L的FeSO4·7H2O，分析FeSO4·7H2O投加量 對(duì)COD去除效果的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 FeSO4·7H2O投加量對(duì)COD去除效果的影響

由圖5可知，當(dāng)FeSO4·7H2O投加量＜40 mg/L時(shí)，隨著FeSO4·7H2O投加量的增加，COD的去除率逐漸增大；當(dāng)其投加量為40 mg/L時(shí)，COD去除率為67.70%；之后隨著FeSO4·7H2O投加量的繼續(xù)增加，COD的去除率先下降后上升，在其投加量為60 mg/L時(shí)，COD去除率達(dá)到最大，為70.35%。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)enton試劑氧化對(duì)活性焦的吸附有明顯的強(qiáng)化作用，F(xiàn)eSO4·7H2O的最佳投加量為60 mg/L。

2.2.3 Fenton試劑氧化強(qiáng)化過程中H2O2投加量對(duì)COD去除效果的影響

在4#活性焦和FeSO4·7H2O投加量分別為1.0 g/L及60 mg/L、吸附時(shí)間30 min條件下，分別加入0、5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L的H2O2，分析Fenton試劑氧化強(qiáng)化過程中H2O2投加量對(duì)COD去除效果的影響，結(jié)果如圖6所示。

圖6 Fenton試劑氧化強(qiáng)化吸附過程中H2O2投加量對(duì)COD去除效果的影響

由圖6可知，隨著H2O2投加量的增加，COD去除率先增大后降低，在H2O2投加量為10 mg/L時(shí)COD去除率達(dá)到最大，為70.35%，后繼續(xù)增大H2O2投加量，COD去除率逐漸下降，說明過量的H2O2會(huì)影響COD的去除效果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)enton試劑氧化強(qiáng)化粉末活性焦吸附時(shí)，H2O2的最佳投加量為10 mg/L。

3 結(jié) 論

3.1活性焦吸附的最佳條件：選擇4#活性焦，投加量為1.0 g/L，吸附時(shí)間為30 min，此時(shí)COD的去除率可以達(dá)到60%以上。

3.2在活性焦吸附最佳條件的基礎(chǔ)上，單獨(dú)采用H2O2強(qiáng)化活性焦吸附效果不佳，而采用Fenton試劑氧化對(duì)活性焦的吸附有明顯的強(qiáng)化作用，F(xiàn)eSO4·7H2O及H2O2的最佳投加量分別為60 mg/L、10 mg/L，此時(shí)COD的去除率最高，達(dá)70.35%。

3.3 Fenton試劑氧化強(qiáng)化活性焦吸附對(duì)反滲透濃水是一種有效的深度處理方法。