铁碳微电解-Fenton氧化-絮凝沉淀深度处理焦化废水

王月锋，田在峰，边 蔚

（河北省环境科学研究院，河北 石家庄050037）

1 引言

焦化废水主要来自炼焦及煤气生产过程，是一种典型的难处理的有毒有机工业废水［1］。目前焦化废水经预处理后通常采用A／O、A2／O、A／O2、O-A／O、SBR等生物处理方法，但经生物处理后出水中的COD 和色度仍达不到国家排放标准，需进行深度处理［2］。铁碳微电解技术是以颗粒炭、石墨或其他导电惰性物质为阴极，以铁屑为阳极，以电解质起导电作用构成原电池处理废水的电化学工艺。Fenton氧化技术的原理是H2O2在Fe2＋的催化作用下分解产生强氧化性的·OH，能无选择地将有机物氧化分解［3］。铁碳电解、Fenton氧化、絮凝沉淀的联用技术在工业废水的处理上已有了一些应用，但在焦化废水的深度处理上还鲜有报道。

本研究采用铁碳微电解-Fenton氧化-絮凝沉淀集成技术深度处理焦化废水，优化实验运行参数，实现COD、色度达标的可行性，以寻求一种焦化废水深度处理的有效工艺，实现焦化废水处理后达标排放的目的。

2 实验部分

2.1 实验用水

实验用水为某钢铁公司焦化厂实际焦化废水经常规A2／O 生化工艺二级沉淀池出水，该水呈深黄褐色，有刺鼻气味，pH 值为6.51～8.80，色度为200～350倍，COD为139～265mg／L，BOD5为10.14～25.16mg／L，出水可生化性很低（B／C＝0.06～0.14）。

2.2 实验装置

实验装置如图1所示。实验装置主要分为4个部分：调节池、铁碳微电解柱、Fenton试剂催化氧化池以及中和絮凝沉淀池。有机玻璃调节池（φ450mm×400mm），有机玻璃微电解柱（φ150mm×1450mm）中间设有1000mm 的填料层、下面设有100mm 的布水布气层，矩形催化氧化池体（300mm×300mm×400mm）、竖流式沉淀池（反应区，长×宽×高＝200mm×20mm×30mm；沉淀区，长×宽×高＝20mm×20mm×40mm）。两台保定兰格精密蠕动泵（型号：BT100-2J），自动加药装置和搅拌器各3台。

图1 实验装置流程图

2.3 检测指标及方法

实验检测指标为：COD、BOD5、色度、pH 值。其分析方法［4］：COD 采用重铬酸钾法测定；BOD5采用稀释与接种法测定；pH 值采用pH 计直接测定；色度采用目视比色法。

2.4 实验方法

2.4.1 调节池实验

原水通过蠕动泵泵入调节池，同时通过加药装置分别投加不同浓度硫酸来控制调节池内水样pH 值。

2.4.2 铁碳微电解实验

微电解填料采用山东潍坊某公司生产一体式复合铁炭填料，固体呈3～5cm 椭球状，微电解反应效果较好，易于清洗，避免了铁屑和炭组合填料的板结问题［5］。调节池出水经过蠕动泵泵入微电解柱后进行曝气微电解反应，通过蠕动泵和转子流量计分别控制进水量和曝气量。

2.4.3 Fenton试剂催化实验

经铁碳微电解出水投加不同量的10%H2O2，在搅拌器作用下进行Fenton氧化反应。

2.4.4 絮凝沉淀实验

往Fenton氧化出水中投加1mol／LNaOH 搅拌均匀，调节pH 值到10.0左右，在竖流式沉淀池中停留2h后取上清液为最后出水。

3 实验结果与讨论

3.1 调节池工段参数优化

在原水COD 进水为234mg／L，微电解柱HRT 水力停留时间1h条件下，调节进水pH 值，对铁碳微电解出水COD的影响见图2。从图2中可以看到，COD 的去除率随pH 值升高而降低，其中进水pH 值在2.5以后，COD去除效果明显下降。但pH 值并不是越低越好，pH 值过低会破坏铁盐絮体的形成影响处理效果，Fe2＋和Fe3＋的浓度增大造成出水色度的增加等问题［4］，强酸环境还会导致铁的消耗量增大，产生的铁泥增多，其对设备、池体亦有较强的腐蚀作用。根据实验结果兼顾微电解出水后续的处理效果，确定调节池工段应控制pH 值在2.5 左右微电解出水COD 去除率在36%。

图2 调节池出水pH 值对微电解出水COD的影响

3.2 铁碳微电解工段参数优化

在原水COD 进水为234mg／L，调节池出水pH 值控制在2.5条件下，微电解HRT 对出水COD 的影响见图3。如图3所示，当微电解水力停留时间HRT 从0.5h延长至1.0h时，铁碳微电解柱出水COD 浓度下降明显，去除效果较好，但HRT 大于1.0h 后，出水COD浓度下降缓慢，去除效果不明显。在实际工程应用中HRT 的延长会增加运营成本，因此确定本工段的最佳运行参数HRT 为1.0h。

3.3 Fenton氧化工段参数优化

在Fenton氧化进水COD 为147mg／L，10%H2O2投加量对Fenton出水COD的影响见图4。

由图4 可见，随着10%H2O2加入量增加，Fenton氧化出水COD 呈下降趋势，但当10%H2O2加入量超过2.0（mL／L）时出水COD值不降反升，去除率开始下降，因为过高的H2O2不但不能通过分解产生更多的羟基自由基·OH，反而在反应一开始就把Fe2＋迅速氧化成Fe3＋，而使反应在Fe3＋催化作用下进行，这样就抑制了羟基自由基·OH 的产生，并且过高的H2O2其还原性从一定程度上增加了出水的COD值［6］。根据实验结果确定本工段10%H2O2投加量为2.0mL／L。

图3 微电解HRT 对微电解出水COD的影响

3.4 动态连续实验

确定最佳工艺运行条件进行动态连续实验8月1日至8月31日，每天早、中、晚取进出水各一次，以混合样作为当天的进出水样品，实验结果见图5、图6。由图5、6所示焦化废水经铁碳微电解、Fenton氧化、絮凝沉淀后出水COD去除率均值为53%，色度去除率均值为90%，原污水可生化性（B／C）由0.11提高到0.35。

图4 H2O2 加入量对Fenton氧化出水COD的影响

图5 装置动态连续运行一个月COD去除率的变化

4 结语

（1）铁碳微电解工段采用微电解效果更好的一体式复合铁炭填料，最佳运行条件微电解进水pH＝2.5，HRT＝1.0h对COD去除率为36%。

（2）Fenton氧化工段的最佳运行参数10%H2O2投加量 为2.0mL／L，Fenton 氧 化 出 水COD 去 除 率 为22%。

（3）铁碳微电解-Fenton氧化-絮凝沉淀集成技术深度处理焦化废水连续运转一个月，实验结果所示，该集成技术对COD的总去除率可达52%，色度去除率可达90%，可生化性（B／C）由0.11提高到0.35，反应出水COD和色度均满足国家污水综合排放标准（GB8978-1996）的二级排放标准，由此表明该技术深度处理焦化废水是可行有效的。

图6 装置动态连续运行一个月色度去除率的变化

［1］王业耀，袁彦肖，田仁生.焦化废水处理技术研究进展［J］.工业水处理，2002，22（7）：1～4.

［2］李飞飞，李小明，曾光明.铁炭微电解深度处理焦化废水的研究［J］.工业用水与废水处理，2010，41（1）：46～49.

［3］胡绍伟，王 飞，陈 鹏，等.内电解-Fenton氧化-絮凝沉淀预处理焦化废水［J］.化工环保，2014，34（4）.

［4］国家环保总局.水和废水监测分析方法（第4 版）［M］.北京：中国环境科学出版社，2002.

［5］时永辉，苏建文，陈建华，等.微电解-Fenton 深度处理制药废水影响因素与参数控制［J］.环境工程学报，2014，3，8（3）：1106～1112.

［6］张乃东，郑 威，彭永臻.铁屑-Fenton法处理焦化含酚废水研究［J］.哈尔滨建筑大学学报，2002，35（2）：57～60.