Fenton氧化法处理聚酯多元醇生产废水

2018-04-17 05:49:01 青州谭福环保设备有限公司 58

摘要:采用Fenton氧化与活性炭吸附处理聚酯多元醇的生产废水。实验确定了Fenton氧化工序的工艺操作参数,经处理后可将废水COD 由9 900 mg/L降至< 100 mg/L,出水水质达GB8978— 1996《污水综合排放标准》I级。结果表明,该处理工艺具有废水处理效果好、出水水质稳定、操作管理方便等优点,是处理该类化工废水的有效方法之一。某化工企业以聚酯多元醇为主导产品, 该企业的生产废水主要来源于冲洗地面及聚合车间的工艺废水。其工艺废水COD(化学需氧量)在8 000~20 000 mg/L之间,pH值4~6, 水量约3 m3/d; 冲洗水COD在40~1 50 mg/L之间,pH值6~9,水量30-40 m3/d。根据该废水水质特点、

处理要求及实验得出的最佳工艺条件,企业新建了l套“Fenton氧化+活性炭吸附”处理装置,该装置自201 0年7月投入运行以来, 运行状况良好, 出水水质稳定,达到国家污水综合排放一级标准。

1 废水处理工艺的选择

在总结国内外该类废水处理方法的基础上,工艺废水采用“Fenton氧化+活性炭吸附”工艺对其进行实验性研究; 冲洗水用活性炭吸附处理后可直接排放。并将该研究结果工程化运用,经过3年多的正常运行,各项指标均达设计要求,取得了满意的处理效果。

2 实验部分

2.1 实验用水

实验用水为某企业聚酯车间工艺废水,无色或微白色液体,有刺激性气味;主要含有乙二醇、含氧杂环类、醛类、酮类及低聚物等难降解有机污染物,COD为9 900 mg/L。

2.2 试剂、仪器及分析方法

NaOH和FeSO4·7H2O为分析纯,H2O2(质量分数为27.5%)为工业级。自动恒温加热套:河南巩义市英峪仪器厂;HH一111化学耗氧量测定仪、PHS一3C型数字式酸度计:江苏江分电分析有限公司。pH值:玻璃电极法;COD:库仑法。

2.3 实验方法

取1 L聚酯工艺废水,调节pH值为4~6,加热到设定温度,分别加入FeSO4·7H O、质量分数为27.5% 的H2O2,反应一定时间,取样调pH值约为7后过滤,测出水COD并计算COD去除效率。

3 实验结果与讨论

3.1初始pH值对聚酯废水处理效果的影响

氧化体系初始pH值是Fenton氧化过程的关键因素之一,对Fe 催化分解H2O2,产生·OH有重要影响。按照实验方法操作,在初始反应温度为60℃ ,每升聚酯废水中FeSO4·7H2O加入量为2.5 g、H2O2加入量为140 mL的条件下,分别调节反应体系的初始pH值为1、3、5、6、7、8,研究不同pH值条件下Fenton氧化处理效果, 出水COD和处理效率如图1所示。

从图1可以看出: 当pH<3时,随着pH值的升高,COD去除率也逐渐升高;当pH值接近于5时达到最大值; 当pH为3~7时,COD去除率变化不大; 当pH>7时, 随着pH值的升高,COD去除率逐渐降低。产生这种现象的原因是Fenton氧化过程产生大量的小分子酸;当pH<3时,H 浓度过高会抑制氧化反应的进行;而当pH>7时氧化体系整体呈碱性,会促使H2O2加速分解,减小氧化体系中·OH浓度,从而使氧化体系COD去除率降低。选择适宜的初始pH值应该综合考虑聚酯废水的氧化速率和·OH产生条件,实际应用中可将初始pH值控制在4~6之间。

3.2 FeSO4·7H2O加入量对聚酯废水处理效果的影响

Fe 是H202分解时产生·OH的催化剂,按照实验方法操作(以1 L聚酯废水计),在初始反应温度为60℃ ,进水pH值为4~6,H2O2加入量为140 mL的条件下,分别加入1.0、1.5、2.0、2.5、5.0、10.0 g FeSO4·7H2O,通过改变体系FeSO4·7H2O浓度调节Fe /H2O2比值,研究不同Fe 浓度下Fenton氧化处理效果。出水COD和处理效率如图2所示。

由图2可见,废水处理效率随着Fe 浓度的加入先升高,升高到一定程度后变化缓慢,后又快速降低。可见在H2O2浓度一定的条件下, 当P(FeSO4·7H2O)< 1.5 g/L时, 氧化体系中·OH的表观浓度随着Fe 浓度升高而升高;但当p(FeSO ·7H2O)>2.5 g/L时,·OH在与作用物反应的同时,过量Fe 自身被氧化成为Fe ,消耗大量·OH,从而使·OH表观生成速率又开始下降,因而H2O2的利用率降低。因此, 考虑到COD去除率和H2O2的利用率,谭福环保FeSO4·7H2O的质量浓度应控制在2.5 g/L左右, 即每立方米聚酯污水应加入2.5 kg的FeSO4·7H2O 。

3.3 H2O2加入量对聚酯废水处理效果的影响

H2O2是Fenton体系中·OH的来源,而·OH是氧化能力(F2除外)最强的氧化剂口,对污染物的去除起着决定性作用。按照实验方法操作,在初始反应温度为60℃ , 进水pH值为4~6、FeSO4·7H2O质量浓度为2.5 g/L的条件下, 每升废水中分别加入2O、40、6O、80、100、120、140 mL的H2O2,研究不同H2O2含量下的Fenton氧化处理效果, 出水COD和处理效率如图3所示。

由图3可见,H2O2加人量对去除率有明显影响。因此,COD去除率可以根据实际需要,通过调节H202加入量来实现。在H:O2含量为20~60 mL/L时, 随H2O,加人量的增加,COD 去除率增加明显; 而在H2O2含量为60-140 mL/L时,COD去除率增加缓慢。有研究表明,谭福环保, 当H202含量相对于目标物浓度较低时,·OH与目标物作用的几率大, 副反应的影响较小,故H202的利用率较高; 而当H 0:含量增大到一定程度时, 由于单位时间提供的·OH、H0 ·数量过多, 发生副反应HO·+H202一HO2·+H20、HO ·+HO·一02·+H20,使其利用率降低。因此H2O2的投加量也应有一定限度。当H2O2含量为140 mL/L时, 出水COD为92 mg/L, 达到了国家一级排放标准。故H202含量应控制在140 mL/L左右, 即COD为10 000 mg/L的聚酯污水,H2O2加人量应为140 L/m3。

3.4 温度和H O 加入速度对聚酯废水处理效果的影响

在FeSO4·7H2O为2.5 mg/L、进水pH值为4~6、H2O2含量为140 mL/L条件下, 聚酯废水Fenton氧化处理初始反应温度从20℃升高到60℃ , 出水COD可从237 mg/L降到92 mg/L。而当初温为60 cc时,氧化处理过程中最高反应温度可接近100℃,再升高初始温度热能效率明显降低,处理成本较高。温度升高能够促进COD去除率的提高,是因为适当提高的温度有利于Fenton试剂反应体系中自由基的激活 。另外,H O 加入速度也对氧化处理效果有显著影响,谭福环保,在相同条件下,加入时间从0.5 h变化到6 h, 出水COD可从8 14 mg/L下降到68 mg/L。这是因为H2O2加入过快导致反应温度接近沸腾温度,H2O2未反应就分解了,H2O2利用率降低。综合考虑,初始反应温度应控制为60℃ ,H2O2加入速度应控制为120 L/(h.m3)

4 工程化应用

工程中采用“Fenton氧化+活性炭吸附”处理装置对聚酯废水进行处理。其工艺流程图如图4所示,谭福环保。

该套处理装置氧化处理能力为3t/d;吸附装置处理能力为80l/d。工程总投资200万元,总占地面积600 m2 。本工程于201 0年7月建成并运行至2013年1 1月,运行状况良好, 出水水质稳定达标。其3年多来的氧化反应进出水记录如图5所示,谭福环保。

从图5可见,尽管进水COD波动很大,但出水COD基本稳定在100 mg/L以下。从3年多的运行管理来看,该处理工艺具有废水处理效果好、出水水质稳定(出水水质达到GB 8978— 1996的一级标准)、操作管理方便等优点,是处理该类化工废水的有效方法之一,谭福环保。

5 结论

① 根据实验结果,Fenton氧化法对聚酯废水具有很好的处理效果。最佳工艺条件是:初温60℃ ,进水pH值5~6,H202加入速度为120 L/(h.m ), 每立方米聚酯污水应加入2.5 kg的FeSO4·7H2O,COD为l0 000 mg/L的聚酯污水应加入的H202量为140 L/m3,谭福环保。

② 工程中采用“Fenton氧化+活性炭吸附”处理工艺处理聚酯废水, 自投入运行以来,运行状况良好,操作管理方便;出水水质稳定,达到了国家污水综合排放的一级标准。