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发布时间:2019-3-24 8:00:39  中国污水处理工程网

  新诺明属磺胺类广谱抗生素,其生产过程中排放大量高浓度有机废水,成分复杂、可生化性差,处理难度较大。微电解法(也称内电解法)是在废水中投加铁屑和活性炭(或焦炭)形成无数微小原电池,利用原电池产生的新生态〔H〕和Fe与污染物质发生还原反应,实现对污染物的去除。近年来微电解法凭借其工艺简单、操作方便,能提高废水的可生化性及“以废治废”的优势,在废水处理中得到广泛使用,利用微电解工艺处理皮革废水、印染废水、制药废水及化工废水的研究和工程实例也逐渐增多。笔者采用微电解法对新诺明合成废水进行预处理,提高了废水的可生化性,为此类废水的预处理提供了有效途径,并且为后续生化处理创造有利条件。

  1 试验材料与方法

  1.1 试验用水

  试验采用某制药企业新诺明生产过程排放的污水 ,其pH约为6.0、COD 32 100 mg/L左右、B/C约为0.12。

  1.2 试验方法

  取一定量废水置于烧杯中,调整废水pH,加入适量经酸碱活化的铁屑(1~6 mm)和颗粒活性炭(粒径1~2 mm),充分搅拌,反应一段时间后测定废水pH及COD;在微电解出水中加入一定量H2O2与水中Fe2+形成Fenton氧化反应,反应一定时间后滴加NaOH溶液终止反应,沉淀后取上清液测定废水pH、COD、BOD5等。

  1.3 分析测试方法

  pH采用玻璃电极法测定,COD采用重铬酸钾法测定,BOD5采用五日生化需氧量法测定,以上方法均参考《水和废水监测分析方法》。

  2 结果与分析

  2.1 微电解正交试验

  根据微电解试验原理,影响其处理效果的因素主要有Fe的投加量、铁炭质量比、初始反应pH和反应时间等,拟建立4因素3水平的正交试验,考察各因素对处理效果的影响程度并初步确定最佳反应条件。正交试验因素水平见表 1,正交试验结果见表 2。

  由表 2可见,影响微电解COD去除效果的因素主次顺序为:铁炭质量比>Fe投加量>反应初始pH>反应时间,初步确定最佳反应条件为A1B3C3D1,即反应初始pH为3.0、Fe投加量150 g/L、铁炭质量比4∶1和反应时间3 h。

  2.2 微电解单因素试验

  根据正交试验结果,结合影响微电解的主要因素和初步确定的最佳反应条件,进一步开展单因素试验研究。

  (1)铁炭质量比对处理效果的影响。调节废水初始反应pH至3.0、Fe投加量150g/L,考察不同反应时间下铁炭质量比(1∶1、3∶1、6∶1、9∶1)对废水处理效果的影响,确定最佳的铁炭质量比,结果如图 1所示。

  图 1 铁炭质量比对COD去除效果的影响

  由图 1可以看出,随着反应时间的延长,不同铁炭比下废水的COD去除率均表现为逐渐增大,说明铁屑与废水的接触时间越长,铁的各种反应性能及铁与活性炭之间的相互作用得以充分发挥;不同铁炭质量比中以3∶1时的处理效果最好,COD去除率达到26%以上。铁屑投加量过多或过少都不利于微电池的形成,从而影响处理效果。因此确定最佳铁炭质量比为3∶1。

  (2)Fe的投加量对处理效果的影响。调节废水初始反应pH至3.0,铁炭质量比为3∶1,考察Fe的投加量(100、120、150、170 g/L)对废水处理效果的影响,结果如图 2所示。

  图 2 Fe投加量对COD去除效果的影响

  由图 2可见,COD去除率随Fe投加量的增加而增大,当Fe投加量超过120 mg/L时,COD去除率增加较为缓慢。一般而言,增加Fe投加量可以增加原电池的生成数量,加速废水中有机物的去除;当Fe投加量增至一定程度时COD去除率趋于稳定。考虑到处理成本,确定Fe最佳投加量为120 g/L。

  (3)废水初始反应pH对处理效果的影响。固定铁炭质量比为3∶1、Fe的投加量为120 g/L,考察不同废水初始反应pH〔2.0、3.0、4.0、5.0及6.0(原水)〕下COD去除率随时间的变化情况,结果如图 3所示。

  图 3 初始pH对COD去除效果的影响

  根据电极的反应原理,氧的标准电极电位在酸性介质中较高,适当降低废水pH可提高氧的电极电位,加大内电解的电位差,促进电极反应的发生;同时较低的pH能使阳极溶解出更多的铁,絮凝效果更明显,但反应pH也不是越低越好,pH过低时出水Fe2+、Fe3+过大造成出水色度增高,而且还会延长反应时间,加大试验成本。由图 3看出,废水最佳初始反应pH为3.0。具体联系污水宝或参见http://www.h2oforum.com更多相关技术文档。

  (4)反应时间对处理效果的影响。在废水最佳初始反应pH为3.0、铁炭质量比为3∶1、Fe投加量为120 g/L的条件下,考察反应时间为1、2、3、4、5 h时废水COD的去除情况,如图 4所示。

  图 4 反应时间对COD去除效果的影响

  由图 4可见,随着反应时间的增加,COD去除率逐渐升高,反应时间为3 h时COD去除率为27.5%,继续延长反应时间COD去除率增幅较小,综合考虑成本确定最佳反应时间为3 h。

  2.3 联合Fenton试验

  由于微电解出水为酸性且含有大量Fe2+,可为后续Fenton氧化法提供反应环境及催化剂,因此直接向反应出水投加不同含量的H2O2,考察联合Fenton氧化法对废水的处理效果,见图 5。

  图 5 H2O2投加量对COD去除效果的影响

  投加的H2O2与铁炭内电解出水中的大量Fe2+发生了Fenton氧化反应,由图 5可知,随着反应的进行,COD去除率呈增加趋势,反应60 min之后基本趋于稳定。当H2O2投加量逐渐增加时,COD去除率也逐渐增加,当H2O2投加量超过4 mL/L时,过量的H2O2会消耗部分·OH,最终使COD去除率逐渐降低。因此确定最佳H2O2投加量为4 mL/L,最佳反应时间为60 min。

  2.4 平行性试验

  微电解最佳反应条件为铁炭质量比3∶1、Fe投加量120 g/L、反应初始pH 3.0、反应时间3 h;联合Fenton氧化法确定最佳反应条件为H2O2投加量4 mL/L、反应时间60 min。为验证上述工艺条件下废水处理效果的稳定性,分别采集3批水样进行最佳试验条件下的平行试验,结果见表 3。

  由表 3可以看出,采用微电解-Fenton氧化法预处理新诺明废水效果稳定,在最佳反应条件下COD去除率达到55%以上,B/C由0.12增加至0.30以上。

  3 结论

  采用微电解-Fenton氧化法对新诺明合成废水进行预处理,取得了良好的效果。 通过正交及单因素试验确定微电解最佳反应条件为:铁炭质量比3∶1,Fe投加量120 g/L,反应初始pH 3.0,反应时间3 h,当废水COD为32 100 mg/L左右时,在上述条件下进行预处理后COD去除率达27%以上;联合Fenton氧化法确定最佳反应条件为H2O2投加量4 mL/L、反应时间60 min,处理后出水总COD去除率达到55%以上,B/C由0.12增加至0.30以上,可生化性明显提高,为后续生化处理提供了条件。(来源:水博网)

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