處理含油乳化廢水的技術(shù) - 污水處理

    含油乳化廢水是煉油廠、毛紡廠、化工和機(jī)械加工行業(yè)產(chǎn)生的重要污染物，具有可生化性差、種類繁多、成分復(fù)雜、難降解等特點(diǎn)，目前常規(guī)處理工藝多存在處理效果不穩(wěn)定，污染物排放超標(biāo)等問題〔1, 2, 3〕。如隔油法、離心法和粗?；ǖ?，都是以廢水中游離油和懸浮物為去除對(duì)象，對(duì)乳化油和溶解油的去除效果不理想。氣浮法要投加破乳劑等而使處理費(fèi)用增加，油品也不易回收。生物法的應(yīng)用也由于廢水可生化性差而使工藝變得復(fù)雜。EF-H2O2-FeOx法是目前難生物降解有機(jī)廢水處理技術(shù)中研究較多的一種高效的高級(jí)氧化技術(shù)，它是借助電化學(xué)法生成Fe2+和H2O2，作為Fenton試劑的持續(xù)來源，二者反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基·OH，可以將有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)破壞，從而降低廢水的COD，該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、氧化速率快、對(duì)污染物的去除率高等優(yōu)點(diǎn)而備受人們的青睞〔4, 5, 6〕。由于EF-H2O2-FeOx法反應(yīng)過程中剩余的鐵在沉淀去除的過程中可以起到絮凝的作用，所以在EF-H2O2-FeOx反應(yīng)后考慮進(jìn)行絮凝反應(yīng)，使水質(zhì)得到進(jìn)一步凈化。

　　研究通過EF-H2O2-FeOx—絮凝法處理含油乳化廢水。采用電解生成Fenton試劑，利用Fenton試劑的強(qiáng)氧化性來對(duì)機(jī)械加工含油乳化廢水進(jìn)行處理，再加入PAM助凝劑進(jìn)行絮凝反應(yīng)，進(jìn)一步凈化水質(zhì)，取得了較好的處理效果，在含油乳化廢水的處理當(dāng)中具有較好的推廣價(jià)值。

　　1 實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 實(shí)驗(yàn)用水

　　實(shí)驗(yàn)所用廢水為唐山市某機(jī)械加工廠含油乳化廢水隔油池出水，其COD為4 500~5 000 mg/L，pH為5.5~6.0。

　　1.2 試劑與儀器

　　試劑：無水硫酸鈉、氫氧化鈉、硫酸、陰離子型聚丙烯酰胺(APAM)均為分析純。

　　儀器：北京同德創(chuàng)業(yè)科技有限公司防水型袖珍pH/溫度測(cè)試筆;創(chuàng)星電器有限公司EP—900曝氣泵;江蘇醫(yī)療儀器廠HJ-3恒溫磁力攪拌器;JJ-4六聯(lián)攪拌器;LZB-6玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì);創(chuàng)星電器有限公司DK-98-Ⅱ型1 000 W萬用電爐;東方集團(tuán)易事特公司W(wǎng)YK—302B2直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源;上海佑科儀器儀表有限公司分析天平。實(shí)驗(yàn)電解裝置以500 mL的燒杯作為電解反應(yīng)器。以鐵板為陽極，不銹鋼板為陰極，尺寸均為10 cm×4 cm×0.1 cm。電解裝置的電壓由直流電源提供;磁力攪拌器攪拌混合含油廢水;氧氣由小型曝氣泵提供。電極系統(tǒng)如圖 1所示。

 圖 1 電解池示意

　　1.3 實(shí)驗(yàn)原理

　　EF-H2O2-FeOx法的工作原理是在陰陽兩極同時(shí)發(fā)生電解反應(yīng)，陽極失去兩個(gè)電子被氧化成Fe2+，在陰極上進(jìn)行曝氣使O2被還原為H2O2，因此相同的時(shí)間內(nèi)，在電解液中將生成相同物質(zhì)的量的Fe2+和H2O2，使得后續(xù)進(jìn)行的生成Fenton試劑的化學(xué)反應(yīng)能夠順利進(jìn)行。為了減小濃差極化現(xiàn)象將反應(yīng)器放于磁力攪拌器上，對(duì)其進(jìn)行攪拌，并投加Na2SO4作為支持電解質(zhì)，保證反應(yīng)的快速進(jìn)行。

　　陽極反應(yīng)：

　　陰極反應(yīng)：

　　溶液中的反應(yīng)：

　　在陽極溶出的高活性Fe2+與水產(chǎn)生水解反應(yīng)生成吸附性較強(qiáng)的Fe(OH)3及nFe(OH)2·mFe(OH)3(n，m等于1或2)，具有一定的吸附混凝作用。另外，反應(yīng)過程結(jié)束后，水中的鐵離子必須被去除。一般通過調(diào)節(jié)pH使鐵離子形成沉淀。鐵離子沉淀過程可起到絮凝作用，可以投加高分子聚合物PAM助凝劑進(jìn)行破乳絮凝，進(jìn)一步去除以膠體形式存在的有機(jī)物及部分大分子有機(jī)物〔7, 8〕。

　　1.4 分析項(xiàng)目及方法

　　COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定〔9〕。

　　2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

　　2.1 EF-H2O2-FeOx法單因素分析實(shí)驗(yàn)

　　2.1.1 電解電壓對(duì)含油乳化廢水COD去除率的影響

　　調(diào)節(jié)廢水pH=2，電解反應(yīng)時(shí)間為75 min，調(diào)節(jié)電壓分別為3、5、7、9、11 V，考察電解電壓對(duì)含油乳化廢水COD去除率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 2。

 圖 2 COD去除率隨電解電壓的變化

　　由圖 2可知，當(dāng)電解電壓小于8 V時(shí)，含油乳化廢水的COD去除率隨著電解電壓升高而增大，當(dāng)電解電壓超過8 V時(shí)，COD的去除率隨著電解電壓的升高反而下降。這是由于隨著電解電壓的增大，電流強(qiáng)度增大，副反應(yīng)和極化作用也隨之增強(qiáng)，有機(jī)物降解速率降低，從而使COD的去除率減小。因此確定適宜的電解電壓為8 V。

　　2.1.2 pH對(duì)含油乳化廢水COD去除率的影響

　　調(diào)節(jié)電解電壓為8 V，電解反應(yīng)時(shí)間為75 min，取pH分別為1.5、2.0、2.5、3.0、4.0，考察pH對(duì)含油乳化廢水COD去除率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 3。

 圖 3 COD去除率隨pH的變化

　　由圖 3可知，含油乳化廢水COD去除率首先隨著pH的增加略有增加，當(dāng)pH=2.5時(shí)COD去除率達(dá)到最大，為78.64%，當(dāng)pH大于2.5時(shí)COD去除率隨著pH的增加顯著下降，這是因?yàn)楫?dāng)pH小于2.5時(shí)，隨著pH的減小，部分雙氧水將捕獲一個(gè)質(zhì)子而轉(zhuǎn)化為H3O2+，H3O2+為親電子性，會(huì)使Fe2+和H2O2的反應(yīng)速率降低;當(dāng)溶液的pH大于2.5時(shí)，隨著pH的增大，體系中的鐵離子及亞鐵離子極易形成氫氧化亞鐵和氫氧化鐵沉淀，使得亞鐵離子減少而影響Fenton反應(yīng)。因此確定適宜的pH=2.5。

　　2.1.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)含油乳化廢水COD去除率的影響

　　調(diào)節(jié)電解電壓為8 V，廢水pH=2.5，電解反應(yīng)時(shí)間分別取45、60、75、90、100 min，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)含油乳化廢水COD去除率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 4。

 圖 4 COD去除率隨反應(yīng)時(shí)間的變化

　　由圖 4可知，在反應(yīng)初始階段，含油乳化廢水的COD去除率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，當(dāng)電解反應(yīng)時(shí)間為75 min時(shí)，COD去除率達(dá)到78.64%，繼續(xù)延長(zhǎng)電解反應(yīng)時(shí)間，COD的去除率不會(huì)再有明顯的增加。之所以COD的去除率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而不再增加，是因?yàn)樵陔娊膺^程中隨著含油濃度不斷降低，與Fenton試劑接觸的油類物質(zhì)逐漸減少。另外，隨著電解反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，溶液中的pH會(huì)增大，導(dǎo)致亞鐵離子不穩(wěn)定，使起有效作用的Fenton試劑減少，從而導(dǎo)致COD去除率增大幅度降低。因此確定適宜的電解反應(yīng)時(shí)間為75 min，在最適宜條件下含油乳化廢水COD的去除率為78.64%。

　　2.2 絮凝實(shí)驗(yàn)

　　為進(jìn)一步凈化水質(zhì)，向EF-H2O2-FeOx反應(yīng)后的溶液中投加一定量的PAM助凝劑，提高氫氧化鐵膠體的吸附和絮凝效果。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果見表 1。

　　通過實(shí)驗(yàn)可觀察到，加入PAM后絮體明顯變大，并且沉降速度加快，當(dāng)加入PAM為2 mg/L后，大約15 min就基本上沉淀完畢，原因是PAM的吸附架橋作用使細(xì)小的絮體變大;當(dāng)PAM投加質(zhì)量濃度高于2 mg/L時(shí)無明顯變化，這是由于PAM將廢水中的膠體顆粒表面的活性點(diǎn)包裹使架橋變得困難，所以處理效果難以提高。由此確定PAM投加質(zhì)量濃度為2 mg/L。

　　3 結(jié)論

　　(1)EF-H2O2-FeOx實(shí)驗(yàn)陽極采用鐵片，陰極采用不銹鋼板，并在陰極附近通過曝氣泵進(jìn)行曝氣，無需投加H2O2，有效降低了經(jīng)濟(jì)成本;絮凝反應(yīng)加入PAM助凝劑可提高絮凝效果。

　　(2)分別對(duì)影響實(shí)驗(yàn)效果的電解電壓、pH、電解反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行單因素分析實(shí)驗(yàn)，得出最佳條件：電解電壓8 V，pH=2.5，電解反應(yīng)時(shí)間75 min，在此條件下COD的去除率可以達(dá)到78.64%。

　　(3)絮凝實(shí)驗(yàn)中助凝劑PAM投加的質(zhì)量濃度為2 mg/L，最終得到COD的去除率為93%以上，出水COD低于300 mg/L，達(dá)到相關(guān)排放要求。

　　(4)EF-H2O2-FeOx—絮凝處理含油乳化廢水具有高效、去除效果好、經(jīng)濟(jì)適用等優(yōu)點(diǎn)，在含油廢水的處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。