设计正交试验考察芬顿工艺对焦化反渗透浓水COD的去除效果

刘 鑫，胡 鹏，杨 辉

（北京天地人环保科技有限公司，北京 102600）

近年焦化产业在快速发展的同时，也带来了较为突出的环境问题。随着干熄焦技术的推广应用，对焦化废水进行深度处理并回用代替新鲜水、节约水资源已成为当前的发展趋势。而由于炼焦所用的原料煤不同，产生的焦化废水水质就不同，对废水中COD 的有效去除是深度处理工艺的瓶颈问题。本文设计正交实验考察芬顿法对焦化RO 浓水COD 的去除效果，为相关项目的设计工作提供数据支撑。

1 实验试剂与仪器

本次实验所用原水取自河北某焦化RO 浓水，水质指标见表1。

表1 焦化RO浓水水质表

芬顿法是以过氧化氢为氧化剂、以亚铁盐为催化剂的均相催化氧化过程，反应中产生的·OH 是一种氧化能力很强的自由基，能氧化废水中几乎所有的有机物，从而能够有效降低废水的色度和 COD 。许海燕等[1]在生化处理后的焦化废水中加入芬顿试剂、PAM 和FeCl3，处理后水样中的 COD 从 223.9mg/L 降至 43.2mg/L。美国犹他州立大学的研究人员使用顺磁共振的方法用一种自由基捕获剂研究芬顿反应中生成的氧化剂碎片[2]，成功获得了羟基自由基的信号，提出了多种可能的自由基和氧化剂碎片的生成机理。

芬顿氧化法具有设备简单、反应条件温和、操作方便、氧化速率高的优点，但也同样存在药剂成本高、易引入二次污染等问题。

2 实验数据

2.1 COD的测定

本实验原水氯根约5 000mg/L，远超COD 试剂管要求氯根＜1 000mg/L 的上限，必须先对其进行稀释处理方可尽量掩蔽氯根的干扰。但稀释倍数的增加不仅直接增加了检测的误差，又使得深度处理之后的水样较低的COD 浓度逼近试剂管20mg/L 的检出限，一定程度上影响结果的准确性。

实际操作中多次分别按照稀释5倍和10倍的数据进行对比，根据长期水质检测的实际经验，本次实验中所有水样的COD 数据均按稀释10倍进行检测。

2.2 芬顿氧化法

2.2.1 实验设计芬顿实验中涉及到至少4种核心药剂（硫酸、硫酸亚铁、双氧水、氢氧化钠）的投加，若对上述4因素分别选取3个水平进行考察，则全面实验水平组合数为34即81组实验，在水样存量、时间、人力等条件均较为有限的情况下，本实验利用正交表L9（34）安排试验，共包含9个水平组合，近似反映81个水平组合的全面实验的情况，找出最佳的实验条件。

室温条件下，将原水放入带有搅拌装置的容器内，在pH为3～4、反应时间为60min 的条件下，加入不同量的双氧水与硫酸亚铁溶液，测定水样在相同反应条件下经混凝沉淀处理后的COD 浓度见表2。COD 均值响应见表3。

表2 芬顿正交试验对出水COD、电导率及产泥量的影响

表3 芬顿正交试验出水COD均值响应表

2.2.2 结果分析

以COD 作为指标进行数据直观分析结果。根据极差分析可知，各因素对出水COD 的影响程度为：H2O2＞终止pH＞Fe2+＞反应pH。

综上，以出水COD 为指标的组合条件依其响应程度强弱依次为m（H2O2）∶m（COD）=1.5 ∶1，终止pH7.5、n（H2O2）∶n（Fe2+）=1 ∶1，反应pH4。

2.2.3 结论验证

以表3中所得优化组合条件下进行2组平行重复实验，出水COD 分别为130mg/L 和141mg/L，可重复性较好。

3 结论

1）对于水中氯根较高而COD 相对较低的水样，可通过稀释可将水中氯根浓度降低以减轻氯根对检测结果的干扰。

2）本次实验中，芬顿法降解焦化RO 浓水COD 的最优结果为出水COD130mg/L，对应条件为：反应pH 4，m（H2O2）：

m（COD）=1.5 ∶1，n（H2O2） ∶n（Fe2+）=1 ∶1，HRT= 1h、终止pH 7.5以上，对应吨水成本约为7.67元，电导率增加19.8%，污泥量约为1.91kg/t。实际在工程应用中，由于可以实现双氧水多点分布分批投加、斜管加速沉淀等条件，其应用效果应好于实验结果。

3）以去除COD 为目的的焦化RO 浓水深度处理实验，对于COD 浓度为501.2mg/L 的原水，采用芬顿法处理，可实现出水COD 150mg/L 以下，吨水成本在8元左右。