内电解—Fenton氧化工艺在苯胺废水处理中的应用

科技情报开发与经济　文章编号：１００５—６０３３（２０１０）１６—０Ｉ７２—０３　ＳＣＩ—ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　２０１０年第２Ｏ卷第ｌ６期　牧稿日期：２０１０－０３—２３　内电解一Ｆｅｎｔｏｎ氧化工艺在　苯胺废水处理中的应用　石晓东　，尹福成　（１．察哈尔右翼前旗水务局，内蒙古察哈尔右翼前旗，０１２２００；２．河北万圣环保科技集团有限公司，河北沧州，０６１０００）　摘要：在确定内电解一Ｆｅｎｔｏｎ氧化工艺的基础上，对该工艺在含硝基苯、苯胺类化工　废水处理中的应用方法进行了说明，并通过小试和中试取得设计参数，根据水质特点　设计了内电解和Ｆｅｎｔｏｎ反应器的构造。　关键词：化工废水；内电解一Ｆｅｎｔｏｎ氧化工艺；工艺设计　中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ａ　Ｆｅｎｔｏｎ作为一种高级氧化工艺（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ，　有利于后继生化处理系统运行，有的甚至已经达到出水要求。　ＡＯＰｓ），目前国内的研究性报道较多，而应用性方面的报道较少，　作为一种废水处理工艺相继应用于印染、火工炸药、焦化厂、煤　化工、制药等化工废水处理中，与传统生化相结合，取得了良好　的处理效果和经济效益。下面就该技术的设计和应用情况做简　要介绍。　２工艺流程及设计　２．１一般工艺流程　工艺流程见图１。　１工艺选择及作用机理　１．Ｉ工艺选择　内电解一Ｆｅｎｔｏｎ氧化工艺可有效处理酚类、硝基苯、芳胺类、　芳烃类、农药等难降解有机化工废水，与其他氧化工艺相比，因　其反应条件温和，工艺简单、快速、可产生絮凝体等优点而应用　广泛。　１．２作用机理　图１工艺流程图　２．２预处理工艺设计参数　废水的铁碳内电解就是利用铁—碳颗粒之间存在着电位差　而形成了无数个细微原电池，在含有酸性电解质的水溶液中发　考虑各类型化工废水的组分及含量不同，设计前应有针对　性地进行小试和中试研究，进一步优化工艺参数。　以试验数据来取得反应器的设计参数，包括停留时间　过　生电化学反应。反应的结果是Ｆｅ受到腐蚀变成Ｆｅ：进入溶液，同　时释放具有还原性的氢气，其反应式如下：　ＮＯ２　ＮＨ２　氧化氢投加量、氧化工艺ｐＨ值的控制范围等。　２．２．１试验材料和方法　Ｈ＋一　（１）药品和仪器。废铁屑、颗粒活性炭、过氧化氢（３４％）、氢氧　化钙、ＣＯＤ化学分析测定装置、酸度计等。　废水中的硝基苯类化合物在微电流和氢气的作用下首先被　还原成苯胺类化合物，苯胺类化合物及其他有机物质在电解氧　化与电解絮凝的共同作用下继而再被氧化分解，使废水的ＣＯＤ　有较大幅度的下降。　内电解反应后加Ｈ２０：，和Ｆｅ“结合组成Ｆｅｎｔｏｎ试剂，二者反　应生成具有高活性的羟自由基・ＯＨ，反应式如下：　Ｆｅ％ｔｔ２０厂一Ｆｅ　＋ＯＨ一＋・ＯＨ　（２）试验方法。以某染料中间体厂家的含硝基苯类废水为　例，主要成分为：硝基苯胺（０．５％），邻氯对硝基苯胺（Ｏ．５％）等，经　稀释ｐ（ＣＯＤ。）：ｌ　ｏｏｏ　ｍｓ／Ｌ，ｐＨ＝１．０，棕黄色。　取稀释后的废水样于烧杯中，同时加入足量的废铁屑和活　性炭，空气搅拌３０　ａｉｒｎ～１２０　ｍｉｎ后过滤，再取一定量的电解液，　控制ｐＨ＝ｌ一５，加１　ｇ／Ｌ～３　ｓ／Ｌ的过氧化氢，经０．５　ｈ￣２．５　ｈ后，调节　Ｆｅ　－Ｈ２ｏ厂—＿Ｆｅ“＋ＨＯ２＋Ｈ　・ｐＨ值至８￣９，沉淀３０　ｍｉｎ后取上清液检测指标。　２．２．２　内电解反应器　ＯＨ可与大多数有机物作用使其降解，能与废水中许多组　分发生氧化还原反应。例如：破坏染料中间体分子中的发色基团　（如偶氮基团），使其脱色。　经过以上物化预处理，废水ＣＯＤ及对生化反应有毒有害的污　内电解时间对去除ＣＯＤ的影响见表１，电解时间与ＣＯＤ去　除率的关系见图ｌ。　由图１可见，反应时间与ＣＯＤ去除率基本呈线性关系。但考　虑铁离子的混凝作用，它与污染物中带弱负电荷的微粒异性相　染物如硝基苯、苯胺等大幅下降。随着（ＢＯＤ／ＣＯＤ）值升高，已非常　１７２　石晓东，尹福成内电解一Ｆｅｎｔｏｎ氧化工艺在苯胺废水处理巾的应用　表１电解时间对去除ＣＯＤ的影响　电解时间／ｒａｉｎ　３０　４５　６０　９０　１２０　电解后ｐＨ值　１．５　２．Ｏ　２－３　２．６　２．８　ＣＯＤ去除率，％　３５　４０　４３　４４　４５　镁｝　餐　稍　０　０　Ｕ　＃ｍｉｎ　图ｌ电解时问与ＣＯＤ去除率关系图　吸，形成比较稳定的絮凝物（也叫铁泥），铁泥滞留在反应器内一　方面包裹铁碳颗粒，降低反应效果；另一方面有可能使铁碳床板　结，板结后即使曝气也很难改变。　综合考虑设备的技术经济指标及运行安全，反应器停留时　间取７＂－６０　ｍｉｎ。　２．２－３　Ｆｅｎｔｏｎ反应器　（１）ｐＨ值对Ｆｅｎｔｏｎ氧化的影响。原液经６０　ｍｉｎ电解后，再加　入２　ｇ／Ｌ的Ｈ２０：溶液反应２　ｈ的条件下，考察不同的ｐＨ值对　ＣＯＤ去除率的影响。ｐＨ值对ＣＯＤ去除率的影响见表２，ｐＨ值与　ＣＯＤ去除率的关系见图２。　表２　ｐＨ值对ＣＯＤ去除率的影响　ｐＨ值　ｌ　２　３　４　５　ＣＯＤ去除率／％　５３　５５　５６　５２　４７　５８　５６　５４　静　凸４８　８　４６　４４　４２　ｐＨ值　图２　ｐＨ值与ＣＯＤ去除率的关系图　综合考虑ｐＨ值对设备的腐蚀及操作运行等因素，Ｆｅｎｔｏｎ氧　化时ｐＨ值控制在２－４范围内。　（２）过氧化氢投加量对ＣＯＤ去除率的影响。原液经电解６０　ｍｉｎ后，在ｐＨ值为３．０条件下加入不同量的过氧化氢，考察氧化　剂对ＣＯＤ去除率的影响。氧化剂对ＣＯＤ去除率的影响见表３，　过氧化氢投加量与ＣＯＤ去除率关系见图３。　表３氧化剂对ＣＯＤ去除率的影响　过氧化氢投加量／（ｇ・Ｌ－　）　ｌ　１．５　２．Ｏ　２．５　３．０　ＣＯＤ去除率，％　４２　５０　５７　４９　５３　考虑经济技术因素，确定过氧化氢投加量为２　Ｌ。　（３）氧化时问对ＣＯＤ去除率的影响。在ｐＨ值为３．０的条件　下，加入２　Ｌ的过氧化氢，考察氧化时间对ＣＯＤ去除率的影　响。氧化时间对ＣＯＤ去除率的影响见表４，氧化时间与ＣＯＤ去　除率的关系见图４。　本刊Ｅ—ｍａｉｈｂｊｂ＠ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ　综述　褂　口　０　Ｕ　过氧化氢投加量／（ｇ／Ｌ）　图３过氧化氢投加量与ＣＯＤ去除率关系图　表４氧化时间对ＣＯＤ去除率的影晌　氧化时间／ｈ　Ｏ．５　１　２　３　４　ＣＯＤ去除率，％　３５　４８　５５　５３　５７　篮　０　８　氧化时间‘，ｈ　图４氧化时问与ＣＯＤ去除率的关系图　由图４可知，反应时间越长，处理效果越好。但从１．５　ｈ后其　效果变化不大，故氧化时间控制在１．５　ｈ￣２．０　ｈ之间为宜。　３反应器基本构造　３．１内电解反应器　内电解反应器的设计主要考虑在废水中铁～碳紧密接触，　保证微电池的电位差，保证反应效果和速度，为了增加电位差，　促进铁离子的释放，可在铁一碳床中加入一定比例铜粉或铅粉。　内电解反应器基本构造由以下几部分组成：根据水质情况　设计停留时间、表面负荷等参数，并以此确定结构尺寸；为防止　铁碳床板结设置特殊的反冲洗系统，预留设备检修人孔；满足均　匀出水的收集系统；根据曝气量、空气流速等设计曝气管道系　统。　根据工程的需要还可增设ｐＨ调节、回流系统、铁泥混凝沉　淀和自动控制系统。反应器的构造见图５。　图５反应器构造图　３．２　Ｆｅｎｔｏｎ反应器　Ｆｅｎｔｏｎ反应器是一种推流式槽型反应器，设计主要考虑停留　时问，ｐＨ调节及配水系统、排泥装置及曝气管道系统、出水搅拌　混凝系统等，同时为保证Ｆｅ“浓度、增加反应效率，增设铁碳床作　为填料。另外建议采用敞口设备，有条件可进行紫外线照射，以　提高反应速率，减少过氧化氢投放量。　１７３　石晓东．尹福成　内电饵—Ｆｅｎｔｏｎ氧化ｌＴ艺在苯胺废水处理中的应用　本刊Ｅ—ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ　综述　根据工程需要可增设回流系统、二级氧化系统、自动控制系　统和在线水质监测系统等。Ｆｅｎｔｏｎ反应器的基本构造见图６。　配水槽观察区　反应区　搅拌混凝土　表５一个月内不同行业的平均进出水水质表　行业　进水ＣＯＤ　出水ＣＯＤ　ＣＯＤ去　／（ｍｇ／Ｌ）　／（ｍＥ／Ｌ）　除率，％　印染（山西某ＤＳＤ酸厂还原段废水）　２　ｌ０ｏ　制药（沧州某制药厂）　３　Ｏ００　焦化（北京某焦化厂异地搬迁项目）　ｌ　２００　一图６反应器的基本构造图　　出水管　３１０　７５０　２４Ｏ　８５　７５　８０　的ＣＯＤ指标大幅下降，ＢＯＤ／ＣＯＤ值升高，即可生化性提高。　５结语　常规生化处理化工废水存在调试困难、处理效果差、运行　不稳定、易受冲击负荷影响等不利因素，采用内电解一Ｆｅｎｔ０ｎ　预处理工艺后，利用有机物能被强氧化剂氧化甚至矿化的特　性，达到消减有机污染物，提高废水的可生化性，进而达到处理　要求。　参考文献　［１］徐续，操家顺，常飞．铁碳微电解一Ｆｅｎｔｏｎ试剂氧化一４４－４７．　＝　４运行情况及处理效果　该装置在处理各种难以生物降解的高浓度有机废水，特别　是对硝基苯、苯胺类为主要污染物的化工废水的应用，包括对原　有处理系统的改造，均取得了良好的处理效果，对比焚烧等处理　方法取得了良好的经济效益。　几种不同行业废水系统正常运行后，一个月内的平均进出　水水质见表５。　从以上数据可以看出，经过内电解一Ｆｅｎｔｏｎ预处理后，废水　级Ａ／Ｏ工艺处理化＿Ｔ废水工程实例［Ｊ］．给水排水，２００４，３０（５）：　［２］张建，王子波，朱宜平，等．Ｆｅｎｔｏｎ试剂—微电解预处理硝基　苯类废水试验［Ｊ］＿扬州大学学报：自然科学版，２００６，９（２）：７　７８．　（责任编辑：李敏）　第一作者简介：石晓东，男，１９７８年１１月生，２００３年毕业于　内蒙古农业大学，助理工程师，察哈尔右翼前旗水务局，内蒙古　自治区察哈尔右翼前旗，０１２２００．　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｅｌｅｃｔｒ０ｌｙｓｉｓ—Ｆｅｎｔ０ｎ　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ａｎｉｌｉｎｅ　Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ＳＨＩ　Ｘｉａｏ－ｄｏｎｇ，ＹＩＮ　Ｆｕ－ｃｈｅｎｇ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ－Ｆｅｎｔｏｎ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｎｉｔｒｏｂｅｎｚｅｎｅ　ａｎｄ　ａｎｉｌｉｎｅ，ｏｂｔａｉｎｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｐｉｌｏｔ－ｓｃａｌｅ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ－ｓｃａｌｅ　ｔｅｓｔ，ａｎｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ，ｄｅｓｉｇｎｓ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ－Ｆｅｎｔｏｎ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｒｅａｃｔｏｒ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ；ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ－Ｆｅｎｔｏｎ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ；ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｅｓｉｇｎ　（上接第１６０页）　Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｂｉａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ｆｏｒ　Ｓｈａｒｉｎｇ　Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｔｈｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｂｉａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ＹＡＮＧ　Ｌｉｎ－ｅ，ＰＥＮＧ　Ｘｉａｏ－ｇｕａｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｑｉｎｇ－ｗｅｎ，ＨＡＮ　Ｊｉａｎ—ｘｉｎ，ＷＡＮＧ　Ｚｈｅｎｇ－ｚｈｅｎｇ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｅｘｐｏｕｎｄｓ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｂｉａｌ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｂｉａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ａｎｄ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｂｉａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：Ｍｉｃｒｏｓｃｏｂｉａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ；ｍｉｃｒｏｓｃｏｂｉａｌ　ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ；ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｈａｒｉｎｇ　１７４