混凝-UV/Fenton法处理废切削液的研究

侯 巍

（国网冀北电力有限公司电力科学研究院，北京100045）

机械加工行业中使用切削液以起到冷却、润滑、清洗和防锈作用。切削液循环使用后会变质、失效，成为废切削液。废切削液中含有乳化剂、矿物油等，COD一般在5 000 mg/L以上，乳化程度高，化学性质稳定，是一种高浓度难降解有机废水。目前，此类废水常采用化学破乳、电解、过滤及吸附、超滤等方法进行处理〔1-4〕。化学破乳法沉渣多，处理效果一般；电解法负荷低，不适宜高浓度废水的处理；过滤、吸附法处理效果差，需与其他工艺组合使用；超滤法则一次性投资太大，且对溶解性COD无法去除，使得废水后续处理困难。

王浪等〔5〕曾采用破乳-Fenton试剂法处理此类废水，该方法一次性投资少，处理效果较好，但存在试剂投加量大、处理效率低的问题。本研究尝试采用混凝-UV/Fenton法对废切削液进行处理，通过紫外光催化Fenton试剂，可降低Fenton试剂的投加量，提高处理效率。

1 实验材料和装置

1.1 实验材料

仪器:79HW-1型恒温磁力搅拌器，浙江乐城电器厂；SG2型便携式pH计，梅特勒-托利多有限公司；BOD-220A型BOD快速测定仪，赛普环保公司。

试剂:聚合氯化铝（PAC），工业品，河南巩义华南供水材料公司；聚丙烯酰胺（阳离子型CPAM），工业品， 北京希涛技术开发公司；30%H2O2、FeSO4·7H2O，AR，北京化工厂。

所用废切削液来自北京某机械厂。废水呈灰白色，有臭味，其中含有阴离子型乳化剂。其水质:pH 7～8，COD 21 400 mg/L，BOD51 480 mg/L，油质量浓度4 940 mg/L。

1.2 实验装置

UV/Fenton氧化实验装置如图1所示。反应器为有机玻璃制作，直径10 cm，高30 cm；紫外灯，波长260 nm，功率15 W，无锡市锦华试验设备公司生产；蠕动泵型号为兰格BT00-600M。

图1 UV/Fenton实验装置

2 实验方法

2.1 混凝实验

取100 mL废水置于250 mL烧杯中，加入一定量的混凝剂PAC和10 mg/L助凝剂CPAM，调节pH至一定值。先快速搅拌（120 r/min）2 min，再慢速搅拌（30 r/min）5 min。离心，取上清液测定COD。

2.2 UV/Fenton氧化实验

取200 mL混凝后出水，调节pH，然后投加一定量的FeSO4·7H2O和H2O2，搅拌均匀，置于反应器内进行反应。反应完成后，调pH至10，过滤，取上清液测定COD。

3 实验结果与分析

3.1 混凝实验

3.1.1 pH的影响

在PAC投加量为2 000 mg/L的条件下，考察pH对混凝效果的影响，结果如图2所示。

图2 pH对COD去除率的影响

由图2可知，PAC-PAM复合使用处理废水的适宜pH为7。

3.1.2 PAC投加量的影响

在pH为7，有无CPAM做助凝剂的条件下，考察PAC投加量对混凝效果的影响，结果如图3所示。

图3 PAC投加量对COD去除率的影响

由图3可知，无论有无CPAM做助凝剂，随着PAC投加量的增大，COD去除效果均变好。当PAC投加量达到2 000 mg/L以上时，COD去除率逐渐稳定在89.2%（不投加CPAM）和90.4%（投加CPAM）。

那么，农林学校的学生为什么要学习有机化学实验呢？因为农林院校是以生命科学为基础的，有机化学作为支撑生命科学的不可缺失和替代的基石，就显示出其尤为重要的地位，用有机化学的思维、理念、手段和技术去解读生命密码，解释生命的本质。而实验课就是为了让同学们了解和掌握有机化学的最基本、最实用的实验技能而开设的课程，通过这门课的学习，不仅可以为他们本专业的学习积累充足的理论知识、培养熟练的操作能力，还可以开阔视野、增加知识储备。只有多掌握一门相关学科，做到多学科的交叉融合，才能在未来的科研之路中碰撞出闪耀的光芒。

3.2 UV/Fenton氧化实验

Fenton法的主要原理是利用亚铁离子作H2O2的催化剂，通过产生高活性的羟基自由基（·OH）来降解有机物。若辅以紫外光辐射，则UV与Fe2+产生的协同效应可加快·OH的产生，可极大地提高Fenton氧化处理的效率〔6〕。

3.2.1 氧化时间对COD去除率的影响

实验条件:H2O2投加量为0.9倍理论量（记为0.9 Qth，下同）和 1.3 Qth，Fe2+投加量为 150 mg/L，pH为3。氧化时间对COD去除率的影响见图4。

图4 氧化时间对COD去除率的影响

由图4可知，在开始阶段，反应很快，120 min后，COD去除率的变化很小。选择反应时间为120 min。

3.2.2 H2O2投加量对COD去除率的影响

实验条件:Fe2+投加量为 150 mg/L，pH为 3，反应时间为120 min。H2O2投加量对COD去除率的影响如图5所示。

图5 H2O2投加量对COD去除率的影响

由图5可知，增加H2O2投加量，COD去除率随之增大，当H2O2投加量＞0.9 Qth后，COD去除率提升不大。这是因为Fe2+-H2O2体系中存在以下反应〔7-8〕:

在 H2O2浓度较低时，反应（1）至（3）可忽略；当H2O2浓度过高时，单位时间内生成的·OH增多，则上述反应不可忽略，部分H2O2发生无效分解，释放出O2，影响了对COD的去除。选择H2O2投加量为0.9 Qth。

Fe2+在反应中对自由基的产生起催化作用。实验条件:H2O2投加量为0.9 Qth，pH为3，反应时间为120 min。Fe2+投加量对COD去除率的影响见图6。

图6 Fe2+投加量对COD去除率的影响

由图 6 可知，Fe2+投加量为 150 mg/L〔n（H2O2）∶n（Fe2+）=50∶1）时，COD 去除率最大。 Fe2+投量过高或过低都会使COD去除率下降。这是因为随着Fe2+投加量的增加，·OH的产生量和产生速率都迅速增大；但当Fe2+投加量过高时，过量的Fe2+会与催化H2O2分解产生的·OH 发生反应〔见式（4）〕〔9〕，从而消耗了部分·OH，降低了COD去除率。

3.2.4 H2O2投加方式对COD去除率的影响

在优化条件下，控制H2O2总投加量不变，分为数次平均投加，反应时间共计120 min，实验结果见表1。

表1 H2O2投加方式对COD去除率的影响

由表1可知，H2O2投加次数越多，COD去除率越高。原因是一次投加时，废水中H2O2浓度短时间内较大，导致部分H2O2产生无效分解从而降低了COD去除率。另外，由表1还可以看出，随H2O2投加次数的增多，COD去除率提升幅度不大，且增加了操作的复杂性，故采用一次投加的方式即可。

经混凝-UV/Fenton法处理后，出水油质量浓度降为2 mg/L，说明油类基本被除去；出水COD降为432 mg/L，BOD5为 339 mg/L，BOD5/COD 由原废水的0.069提高到0.784，可生化性得到极大的提升，可进一步进行生物处理或与生活污水混合处理。

4 结论

（1）采用混凝－UV/Fenton法处理废切削液，混凝最佳条件:pH为7，PAC投加量为2 000 mg/L，CPAM投加量为10 mg/L，在此条件下，COD去除率可达90.4%。UV/Fenton氧化最佳条件:H2O2投加量为0.9 Qth，n（H2O2）∶n（Fe2+）=50∶1，反应时间为 120 min，在此条件下，COD去除率可达79.4%。H2O2投加次数增加时，COD去除率会有所提高，但是增加了操作的复杂性。

（2）经过混凝-UV/Fenton法处理后，出水中油质量浓度仅为 2 mg/L，COD降为 432 mg/L，BOD5/COD提高至0.784，生化性显著提高，后续可直接采用生物法处理。

（3）实验证明，采用混凝－UV/Fenton法处理废切削液成本低、处理效率高、出水水质好，该法应用于废切削液的处理可行。