论文导读:：图2铁炭微电解试验装置图。表2微电解及Fenton氧化最佳操作条件。混凝沉淀采用烧杯试验。可作为预处理工艺改造的最佳方案。
论文关键词：化工废水，铁炭微电解，Fenton氧化，混凝沉淀，工艺改造
江南某化工厂主要生产乙酰磺胺酸钾（安赛蜜）及其生产原料双乙烯酮。厂区废水主要包括:生产废水、生活污水及地面冲洗水。目前，生产废水预处理工艺采用“铁炭还原＋化学氧化”为主体工艺。 混入生活污水后二级生化工艺采用“厌氧水解＋好氧生物处理”为主体。随着产品种类的增多及生产工艺的改进，近两年废水水质波动较大。铁炭微电解－NaClO氧化工艺难以取得很好的处理效果。因此，在原有构筑物的基础上，提出以微电解＋Fenton高级氧化工艺作为主要预处理工艺。本研究是在前期实验室小试的基础上，研究不同组合方式对废水的处理效果和工艺的可行性。原有预处理工艺如图所示：
图1废水处理站预处理工艺流程
Fig.1 Process flow of wastewatertreatment station
1 试验材料与方法
1.1水样来源
试验用水取自该化工厂的污水处理站。生产废水水量小但水质变化较大，废水中主要含有一些生产中的原辅材料、产品及副产品。具体主要包括：乙酸、乙酸丁酯、磷酸氢铵、硫酸铵、丙酮等毕业论文格式。目前，生产废水水质具有高COD、高氮、高磷等特点铁炭微电解，可生化程度低，处理前先与河水进行一定比例的稀释。水质指标如表1所示。
表1 试验水样水质
Table 1 The quality of the wastewatersample
|
项目
|
浓度(mg/L)
|
国家标准1）
|
|
COD
|
992～1539
|
100
|
|
NH3-N
|
30.9～74.2
|
15
|
|
TP
|
13.2～34.4
|
0.5
|
|
SS
|
192～347
|
70
|
1）采用GB 8978－1996中一级排放标准。
1.2试验装置及方法
图2铁炭微电解试验装置图
Fig.2 Schematic diagram of the micro-electrolysisreactor
微电解反应器为圆柱形塑料桶。Fe/C质量比为1.5：1，底部用空气泵间歇曝气。铁屑取自某机械厂，装填前由10％的NaOH溶液洗10min，去除表面的油脂。然后用质量分数为5％的稀盐酸溶液洗20 min，最后用蒸馏水冲洗干净备用。活性炭在使用前将其在废水中浸泡，让其达到吸附饱和[1-3]。为了消除Fe2+对COD的影响．取样后调节pH到9将Fe2+沉淀，静置30min取上清液测定COD、TP。
混凝沉淀采用烧杯试验。在500 mL烧杯中放入400mL水样，调节pH后用六联搅拌器搅拌，在一定搅拌强度下缓慢滴加一定量的絮凝剂和助凝剂。反应完毕后静置30min，取上清液测定COD、TP。
1.2.1主要试剂
双氧水（质量分数30％）、聚合硫酸铁(PFS)（10％）、聚丙烯酰胺（PAM）（1‰）、聚合氯化铝(PAC)（10％）。
1.2.2 分析指标及方法
COD:重铬酸钾法；NH3-N:纳氏试剂光度法；TP:钼锑抗分光光度法；pH:酸度计；SS:重量法；Fe2+:邻菲啰啉分光光度法。
2 结果与讨论
通过静态实验，确定了微电解、Fenton氧化、混凝沉淀工艺单独运行的最佳操作条件，结果见表2。
表2 微电解及Fenton氧化最佳操作条件
Table.2The best operating condition of micro-electrolysis and Fenton oxidation
|
工艺名称
|
反应pH
|
反应时间/min
|
Fe/C(m)
|
搅拌强度（r/min）
|
H2O2投加量(ml/L)
|
PAM投加量(ml/L)
|
|
微电解
|
2.5～3
|
120
|
1.5：1
|
－
|
－
|
－
|
|
Fenton氧化
|
3.5～4
|
40
|
－
|
300
|
1.5
|
－
|
|
混凝沉淀
|
7～8
|
5
|
－
|
100
|
－
|
1.5
|
2.1 原水直接混凝试验
长期监测发现，原水中平均SS在300左右，水样混浊。所以，考察了直接混凝沉淀法对污染物的去除效果。首先，通过单因素试验确定了各种絮凝剂及助凝剂单独投加时的最佳反应参数。在此基础上铁炭微电解，设计正交试验[4-6]。
2.1.1 正交试验
表3 正交实验因素和水平
|
因子
|
水平1
|
水平2
|
水平3
|
水平4
|
|
A（PAM类型）
|
阳
|
非
|
－
|
－
|
|
B（PFS投加量）
|
0.5
|
1.0
|
1.5
|
2.0
|
|
C（PAM投加量）
|
1.0
|
1.5
|
2.0
|
2.5
|
|
D（搅拌强度）
|
80
|
100
|
120
|
140
|
|
E（搅拌时间）
|
3
|
5
|
7
|
9
|
Factorsand levels of orthogonal experiment
table3表4 正交实验结果
|
试验号
|
A
|
B
|
C
|
D
|
E
|
出水COD
|
出水TP
|
0.5COD+TP
|
|
1
|
阳
|
0.5
|
1.0
|
80
|
3
|
917
|
8.4
|
466.9
|
|
2
|
阳
|
1.0
|
1.5
|
100
|
5
|
841
|
6.8
|
427.3
|
|
3
|
阳
|
1.5
|
2.0
|
120
|
7
|
973
|
5.8
|
492.3
|
|
4
|
阳
|
2.0
|
2.5
|
140
|
9
|
964
|
5
|
487
|
|
5
|
阳
|
0.5
|
1.5
|
120
|
9
|
855
|
7.8
|
435.3
|
|
6
|
阳
|
1.0
|
1.0
|
140
|
7
|
931
|
6.8
|
472.3
|
|
7
|
阳
|
1.5
|
2.5
|
80
|
5
|
1044
|
6
|
528
|
|
8
|
阳
|
2.0
|
2.0
|
100
|
3
|
921
|
5.1
|
465.6
|
|
9
|
非
|
0.5
|
2.0
|
140
|
5
|
954
|
8.1
|
485.1
|
|
10
|
非
|
1.0
|
2.5
|
120
|
3
|
954
|
7.2
|
484.2
|
|
11
|
非
|
1.5
|
1.0
|
100
|
9
|
907
|
6.7
|
460.2
|
|
12
|
非
|
2.0
|
1.5
|
80
|
7
|
959
|
5.6
|
485.7
|
|
13
|
非
|
0.5
|
2.5
|
100
|
7
|
978
|
8.2
|
497.2
|
|
14
|
非
|
1.0
|
2.0
|
80
|
9
|
1016
|
7.3
|
515.3
|
|
15
|
非
|
1.5
|
1.5
|
140
|
3
|
921
|
6.6
|
467.1
|
|
16
|
非
|
2.0
|
1.0
|
120
|
5
|
883
|
5.7
|
447.2
|
|
K1/4
|
472
|
471
|
462
|
499
|
471
|
|
|
|
|
K2/4
|
480
|
475
|
454
|
463
|
472
|
|
|
|
|
K3/4
|
-
|
487
|
490
|
465
|
487
|
|
|
|
|
K4/4
|
-
|
471
|
499
|
478
|
474
|
|
|
|
|
R
|
8
|
16
|
45
|
36
|
16
|
|
|
|
Result of orthogonal experiment
table4正交试验结果表明，各因素对废水COD、TP处理效果的影响程度依次为：PAM投加量>搅拌强度>PFS投加量＝反应时间>PAM类型。由试验可得混凝沉淀的最优条件：PFS投加量1.0ml/L,阳离子型PAM投加量1.5ml/L，搅拌强度为100r/min，搅拌时间为5min。
2.1.2 稳定性试验
图3 单独混凝工艺处理效果稳定性分析
Fig.3 stability analysis of treatment effect by coagulating process
由上图3可知，单独混凝工艺对原水COD、NH3-N、TP的平均去除率分别为16.9%、20.1％、59.4％，没有达到预期的效果毕业论文格式。分析原因是由于吸附电中和及网捕卷扫作用只能去除胶体态有机物，而溶解态有机物在预处理中通过氧化还原而去除；对氨氮的去除效果比较稳定，主要是因为水中的有机态氮没有被氧化为氨氮，混凝沉淀除去了部分颗粒态氨氮[6,7]。
2.2 H2O2强化铁炭微电解试验
微电解反应器中加入双氧水可形成Fenton试剂，使微电解和Fenton氧化在一个反应器中同步进行，从而缩短停留时间。通过正交试验，对反应因素的最佳控制值进行考察。
2.2.1 正交实验
根据单因素试验结果，确定影响去除率的主要因素为pH值、H2O2用量和反应时间。选取各因素水平(见表5)，按照L9(34)进行正交试验，每组试验重复2次，实验结果见表6。
表5 正交实验因素和水平
Table 5 Factorsand levels of orthogonal experiment
|
水平
|
A
pH值
|
B
H2O2投加量/(ml/L)
|
C
反应时间/(min)
|
|
1
|
2
|
1
|
30
|
|
2
|
3
|
1.5
|
60
|
|
3
|
4
|
2
|
90
|
表6 正交实验结果
Table 6 Resultof orthogonal experiment
|
试验号
|
PH值
|
H2O2投加量
|
反应时间
|
出水COD
|
出水TP
|
综合评分0.5COD+TP
|
|
1
|
2
|
1
|
30
|
463
|
7.7
|
239.2
|
|
2
|
2
|
1.5
|
60
|
439
|
8.3
|
227.8
|
|
3
|
2
|
2
|
90
|
364
|
7.5
|
189.5
|
|
4
|
3
|
1
|
60
|
454
|
8.4
|
235.4
|
|
5
|
3
|
1.5
|
90
|
454
|
7.5
|
234.5
|
|
6
|
3
|
2
|
30
|
430
|
6.7
|
221.7
|
|
7
|
4
|
1
|
90
|
421
|
7.5
|
218
|
|
8
|
4
|
1.5
|
30
|
413
|
6.7
|
213.2
|
|
9
|
4
|
2
|
60
|
397
|
6.5
|
205
|
|
K1/3
|
218.8
|
230.9
|
224.9
|
|
|
|
|
K2/3
|
230.5
|
225.2
|
222.7
|
|
|
|
|
K3/3
|
212.1
|
205.4
|
214
|
|
|
|
|
R
|
18.4
|
25.5
|
10.9
|
|
|
|
由表6的极差分析可知,各因素对COD、TP去除率影响的大小为: H2O2投加量> 反应pH值>反应时间。在pH为2～4范围内，H2O2投加量是影响去除率的最大的因素。最佳的试验条件组合为A1B3C3铁炭微电解，即pH为2，H2O2用量为2mL/L，反应时间为90min。在此条件下，处理后出水COD和TP去除率最高分别为65％和68％。
2.2.2 稳定性试验
由图4可知，当进水COD为1250～1388mg/L时，出水COD平均为576 mg/L。H2O2强化微电解工艺对COD、TP的去除率分别为32％，69％，低于微电解－Fenton氧化串联运行工艺。分析原因一方面是反应刚开始Fe2＋浓度过大，造成羟基自由基复合几率增大，使之不能有效与有机物反应；另一方面是微电解和Fenton氧化的适宜pH及反应时间不能各自独立，造成Fenton氧化进行的不够充分，导致出水效果不稳定[8,9]。
图4强化铁炭微电解工艺处理效果稳定性分析
Fig.4 stabilityanalysis of treatment effect by improvedmicro-electrolysis process2.3各种处理工艺处理效果对比分析
微电解/Fenton氧化/混凝联合工艺参数控制按照表2中所述，H2O2强化铁炭微电解、单独混凝工艺参数按照上述正交试验取得的最佳操作条件控制。连续15天的处理数据如图5所示。
图5各处理效果稳定性分析
Fig.5 stability analysis of treatment effect by combined process
结果表明，实际运行工艺预处理段对COD去除率极不稳定，平均为21％；单独混凝工艺对COD的去除效果也不理想，当进水COD为1369～1539mg/L时，出水COD在1063～1205mg/L范围铁炭微电解，平均去除率为15.1％；强化微电解/混凝工艺与单独混凝工艺相比，对COD平均去除率为32％，效果稳定，处理后出水COD在900～1100mg/L范围内；微电解/Fenton氧化/混凝联合工艺在这几种组合工艺中对COD的去除效果最好，平均去除率能达到55％，出水平均COD为577mg/L，可作为预处理工艺改造的最佳方案。
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