處理含油乳化廢水的技術 - 汙水處理

2016-08-01 09:40:03 user2

    含油乳化廢水是煉油廠、毛紡廠、化工和機械加工行業產生的重要汙染物,具有可生化性差、種類繁多、成分複雜、難降解等特點,目前常規處理工藝多存在處理效果不穩定,汙染物排放超標等問題〔1, 2, 3〕。如隔油法、離心法和粗粒化法等,都是以廢水中遊離油和懸浮物為去除對象,對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用增加,油品也不易回收。生物法的應用也由於廢水可生化性差而使工藝變得複雜。EF-H2O2-FeOx法是目前難生物降解有機廢水處理技術中研究較多的一種高效的高級氧化技術,它是借助電化學法生成Fe2+和H2O2,作為Fenton試劑的持續來源,二者反應生成具有強氧化性的羥基自由基·OH,可以將有機物分子結構破壞,從而降低廢水的COD,該方法具有設備簡單、氧化速率快、對汙染物的去除率高等優點而備受人們的青睞〔4, 5, 6〕。由於EF-H2O2-FeOx法反應過程中剩餘的鐵在沉澱去除的過程中可以起到絮凝的作用,所以在EF-H2O2-FeOx反應後考慮進行絮凝反應,使水質得到進一步淨化。

  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試劑的強氧化性來對機械加工含油乳化廢水進行處理,再加入PAM助凝劑進行絮凝反應,進一步淨化水質,取得了較好的處理效果,在含油乳化廢水的處理當中具有較好的推廣價值。

  1 實驗部分

  1.1 實驗用水

  實驗所用廢水為唐山市某機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:北京同德創業科技有限公司防水型袖珍pH/溫度測試筆;創星電器有限公司EP—900曝氣泵;江蘇醫療儀器廠HJ-3恒溫磁力攪拌器;JJ-4六聯攪拌器;LZB-6玻璃轉子流量計;創星電器有限公司DK-98-Ⅱ型1 000 W萬用電爐;東方集團易事特公司WYK—302B2直流穩壓穩流電源;上海佑科儀器儀表有限公司分析天平。實驗電解裝置以500 mL的燒杯作為電解反應器。以鐵板為陽極,不鏽鋼板為陰極,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。電極係統如圖 1所示。

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 圖 1 電解池示意

  1.3 實驗原理

  EF-H2O2-FeOx法的工作原理是在陰陽兩極同時發生電解反應,陽極失去兩個電子被氧化成Fe2+,在陰極上進行曝氣使O2被還原為H2O2,因此相同的時間內,在電解液中將生成相同物質的量的Fe2+和H2O2,使得後續進行的生成Fenton試劑的化學反應能夠順利進行。為了減小濃差極化現象將反應器放於磁力攪拌器上,對其進行攪拌,並投加Na2SO4作為支持電解質,保證反應的快速進行。

  陽極反應:

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  陰極反應:

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  溶液中的反應:

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  在陽極溶出的高活性Fe2+與水產生水解反應生成吸附性較強的Fe(OH)3及nFe(OH)2·mFe(OH)3(n,m等於1或2),具有一定的吸附混凝作用。另外,反應過程結束後,水中的鐵離子必須被去除。一般通過調節pH使鐵離子形成沉澱。鐵離子沉澱過程可起到絮凝作用,可以投加高分子聚合物PAM助凝劑進行破乳絮凝,進一步去除以膠體形式存在的有機物及部分大分子有機物〔7, 8〕。

  1.4 分析項目及方法

  COD采用重鉻酸鉀法測定〔9〕。

  2 實驗結果與討論

  2.1 EF-H2O2-FeOx法單因素分析實驗

  2.1.1 電解電壓對含油乳化廢水COD去除率的影響

  調節廢水pH=2,電解反應時間為75 min,調節電壓分別為3、5、7、9、11 V,考察電解電壓對含油乳化廢水COD去除率的影響,實驗結果見圖 2。

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 圖 2 COD去除率隨電解電壓的變化

  由圖 2可知,當電解電壓小於8 V時,含油乳化廢水的COD去除率隨著電解電壓升高而增大,當電解電壓超過8 V時,COD的去除率隨著電解電壓的升高反而下降。這是由於隨著電解電壓的增大,電流強度增大,副反應和極化作用也隨之增強,有機物降解速率降低,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對含油乳化廢水COD去除率的影響

  調節電解電壓為8 V,電解反應時間為75 min,取pH分別為1.5、2.0、2.5、3.0、4.0,考察pH對含油乳化廢水COD去除率的影響,實驗結果見圖 3。

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 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pH=2.5時COD去除率達到最大,為78.64%,當pH大於2.5時COD去除率隨著pH的增加顯著下降,這是因為當pH小於2.5時,隨著pH的減小,部分雙氧水將捕獲一個質子而轉化為H3O2+,H3O2+為親電子性,會使Fe2+和H2O2的反應速率降低;當溶液的pH大於2.5時,隨著pH的增大,體係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澱,使得亞鐵離子減少而影響Fenton反應。因此確定適宜的pH=2.5。

  2.1.3 反應時間對含油乳化廢水COD去除率的影響

  調節電解電壓為8 V,廢水pH=2.5,電解反應時間分別取45、60、75、90、100 min,考察反應時間對含油乳化廢水COD去除率的影響,實驗結果見圖 4。

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 圖 4 COD去除率隨反應時間的變化

  由圖 4可知,在反應初始階段,含油乳化廢水的COD去除率隨時間的延長而增大,當電解反應時間為75 min時,COD去除率達到78.64%,繼續延長電解反應時間,COD的去除率不會再有明顯的增加。之所以COD的去除率隨時間的延長而不再增加,是因為在電解過程中隨著含油濃度不斷降低,與Fenton試劑接觸的油類物質逐漸減少。另外,隨著電解反應時間的延長,溶液中的pH會增大,導致亞鐵離子不穩定,使起有效作用的Fenton試劑減少,從而導致COD去除率增大幅度降低。因此確定適宜的電解反應時間為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 絮凝實驗

  為進一步淨化水質,向EF-H2O2-FeOx反應後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。實驗現象及結果見表 1。

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  通過實驗可觀察到,加入PAM後絮體明顯變大,並且沉降速度加快,當加入PAM為2 mg/L後,大約15 min就基本上沉澱完畢,原因是PAM的吸附架橋作用使細小的絮體變大;當PAM投加質量濃度高於2 mg/L時無明顯變化,這是由於PAM將廢水中的膠體顆粒表麵的活性點包裹使架橋變得困難,所以處理效果難以提高。由此確定PAM投加質量濃度為2 mg/L。

  3 結論

  (1)EF-H2O2-FeOx實驗陽極采用鐵片,陰極采用不鏽鋼板,並在陰極附近通過曝氣泵進行曝氣,無需投加H2O2,有效降低了經濟成本;絮凝反應加入PAM助凝劑可提高絮凝效果。

  (2)分別對影響實驗效果的電解電壓、pH、電解反應時間進行單因素分析實驗,得出最佳條件:電解電壓8 V,pH=2.5,電解反應時間75 min,在此條件下COD的去除率可以達到78.64%。

  (3)絮凝實驗中助凝劑PAM投加的質量濃度為2 mg/L,最終得到COD的去除率為93%以上,出水COD低於300 mg/L,達到相關排放要求。

  (4)EF-H2O2-FeOx—絮凝處理含油乳化廢水具有高效、去除效果好、經濟適用等優點,在含油廢水的處理領域具有廣闊的應用前景。