实验室有机废水处理设备的构思

徐冰，朱仁发，章峰（合肥学院，安徽合肥230601）



实验室有机废水处理设备的构思

徐冰，朱仁发，章峰
（合肥学院，安徽合肥230601）

摘要：针对高等院校有机化学实验室废水，设计一种设备对其进行集中处理，使处理过的废水能够达到国家规定的标准。

关键词：实验室有机废水；Fenton法；设备设计

1　研究背景

近十几年来，随着“科教兴国”战略国策的深入人心以及我国工业化的飞速发展，党和国家对于科研教育经费的投入比重不断加大。国内各重点院校的有机化学实验室建设迅速发展。有机实验室的污水排放量也随之增加。但是由于各院校多为相对独立的事业单位，区域分布不集中，废水排放量不大，所以其污染易被忽视。这些有机实验室，尤其是在中心城区和居民区的化学实验室对环境的危害特别大，许多有机化学实验室的排水管道与居民的排水管道相通，通过下水道形成交叉污染，最后流入江河中或者渗入地下，对水资源的危害不可估量。随着人们环保意识的增强和相应环保法规的不断完善，有机化学实验室废水处理的制度化、规范化已迫在眉睫。

Fenton试剂氧化是处理有机废水的常见技术之一。它是一种采用H2O2为氧化剂，以亚铁盐为催化剂的均相催化处理方法。由于在反应中会产生氧化能力很强的·OH自由基，因此其反应速率快，氧化效率高，可使有机物的C—C键断裂，并在适当的条件下最终将有机物氧化成CO2和H2O。

2　设备运行流程及原理

2.1设备运行流程

此设备以光电-磁Fenton氧化法为核心，涉及有机化工废水处理技术领域。高校实验室废水量较少，浓度较高，并且其中部分实验废水可以作为改进Fenton氧化法的添加剂，大幅度提高Fenton反应的效率以及节约大量的试剂，达到绿色节能的目的。因此使用实验室废酸调节体系pH（若不足时需加入硫酸溶液），实验室EDTA废水作为催化剂增强体系的光效应试剂，因此需要在实验室建立单独管道和收集槽，这样既可以减少EDTA和硫酸的投加量，节省成本，又可以减少废水的产生量，从而达到绿色环保的目的。

在调节好高浓度有机废水的pH之后，通过管道进入废水处理池直至充满，通过鼓风曝气搅拌，在废水表面的太阳光、环形电极和电磁铁的强磁场作用下，反应一定时间，停留在液体上层的有机成分被氧化为矿物残渣，通过重力沉降进入设备底部残渣储存槽，底部的废水通过提升泵进入管道，并通过和管道连接的蜂窝式混合出水出气箱进入环形电极之间进行循环反应。通过逐级削减污染负荷，最终使实验室有机废水达到国家环保要求。

2.2反应原理[1]

（1）Fenton氧化法

传统的Fenton试剂只在酸性条件下发生作用，在中性和碱性环境中，Fe不能催化H2O2产生·OH。当pH值在2～4范围内时，氧化废水处理效果较好，最佳效果出现在pH=3时。

（2）电—Fenton氧化法

电极反应：

①阳极反应：2H2O- 4e-→O2+4H+

②阴极反应：O2+2e-+2H+→H2O2

Fe3++e-→Fe2+

③溶液中：Fe2++H2O2+H+→Fe3++H2O+·OH

3　设备的构思

3.1环形电极

由原理可知，电—Fenton氧化法体系中阳极产生的氧气是阴极反应的反应物，并且通过曝气作用，可以提高阴极反应的效率，因此设计环形电极，极大地扩展了有效反应区域的面积，并且此电极的设计克服了电极水平安装气滞断电，垂直安装利用率不高的缺点。将气泵安装在电极底部，使得通入的空气（氧气）可以在电极之间从下而上通过，增加氧气在阴极及溶液中的利用率。

3.2太阳光的合理利用

光电—Fenton氧化法是对传统方法的改进，将光源引入电- Fenton体系中，紫外光可以促进Fe3+/Fe2+的转化，另一方面紫外光也促使有机污染物的光解；可见光主要针对有色有机污染物如有机染料等，通过有色有机污染物的敏化作用，促使有机污染物的降解;太阳光具备紫外光和可见光的双重催化作用。在光电协同作用下的Fenton方法既可以促进Fenton反应中Fe3+向Fe2+转化，也具有自动产生H2O2的机制[4]，使H2O2产生·OH的效率提高[2-3]，充分利用氧化试剂和太阳光降解有毒有机污染物。此外，由于太阳光是无污染、无能耗的天然光源，因此是高等院校废水处理光源的首选。根据此原理，反应池表面是光电Fenton体系反应活性最高的区域，因此，电极应该安放在池子的上部。

3.3EDTA以及实验室强酸性废水的利用

校园实验室的EDTA在光照下可形成稳定的铁络合物，且具有光化学活性，对高于200nm的光波有一较高的摩尔吸收系数，甚至能吸收500nm的可见光，产生·OH，因此EDTA实验废液需要倒入专门的通道，从而减少络合试剂的用量，符合“减量化”“无害化”“资源化”的“三化”原则。同理，实验室强酸性废水污染性大，此反应需在pH为2～4的范围内进行，因此也是对强酸性废水进行的一个资源化的利用。

3.4磁场的运用

长久以来，Fenton法的光电改进成果层出不穷，而磁的利用却被忽视了。有文献报导，当强磁场与Fenton试剂共同作用于废水时，除对化学反应有一定的推动作用外[5]，在水溶液中，磁化作用还可以减少因氢键发生的分子缔合，提高了·OH与有机物碰撞结合的概率，有利于反应的进行，表现出氧化速率提高[6]。

4　结论

（1）影响Fenton氧化法的因素中，电流、曝气速率、搅拌速度均会对Fenton法产生影响。

（2）此设备由环形电极、电磁铁、曝气装置、搅拌桨构成，在光照射下对高校有机废水进行逐级处理，使之能够达到国家规定的标准。

参考文献

[1]王奇，潘家荣，梅朋森，等.电Fenton及光电Fenton法废水处理技术研究进展[J].三峡大学学报（自然科学版），2008，30（2）：90- 91.

[2]张奕，贺缨，程文涛.高校实验室废水处理及防治污染措施评价初探[J].环境科学与技术，2006（8）：55.

[3]马建华，董铁友，郭昊. Fenton试剂处理实验室有机废水的实验研究[J].环境科学保护，2009（1）：27- 28.

[4]冯俊生，陶静，付益伟.磁强化Fenton处理苯酚废水的试验研究[J].环境科学与技术，2011，34（6）：177- 180.

[5]赵玉军.高级氧化技术Fenton法在污水处理工艺中的现状及其应用进展[J].天津化工，2010，24（5）：55- 58.

[6]杜鹃，冯瑞玉，赵静，等.磁场改变物质理化性能及其分离效果的研究进展[J].河北化工，2006，29（11）：21- 24.□

·化工设备与自动化·

The Plot of Laboratory Organic Wastewater Treatment Equipment

XU Bing，ZHU Ren-fa，ZHANG feng
（Hefei University，Hefei 230601，China）

Abstract:This paper design a device for centralizing treatment of wastewater- organic chemistry laboratory wastewater in universities. Toenable it tomeet the standards set bythe state.

Key words:laboratoryorganic wastewater；Fenton method；equipment design

作者简介：徐冰（1989-），男，合肥学院2013级环境工程研究生；通讯联系人：朱仁发（1963-），男，教授，主要从事固体废弃物的处理处置等研究工作，13515513735，zrfustc@163.com。

收稿日期：2015- 10- 23

中图分类号：X703

文献标识码：A

文章编号：1008- 553X（2016）02- 0072- 02

doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2016.02.022