甲醛廢水處理芬頓氧化技術(shù)

　　季戊四醇是以甲醛和乙醛為原料，在堿性縮合劑存在下反應(yīng)而得。原材料以一定的摩爾配比，于25~32℃反應(yīng)6~7h，經(jīng)中和過濾即得季戊四醇。由于該產(chǎn)品廣泛用于各行業(yè)，近年來，在國內(nèi)季戊四醇的發(fā)展非常迅速，其產(chǎn)生的衍生品也在市場上占有越來越大的份額。故而導(dǎo)致生產(chǎn)該類產(chǎn)品所產(chǎn)生的廢水也在廢水種類中占有很大的比例。因其生產(chǎn)原材料的特性，季戊四醇廢水中含有高濃度的甲醛，約為1200~1500mg/L，COD含量平均在6000mg/L左右。具有一定毒性。不經(jīng)處理排放會對環(huán)境和生物產(chǎn)生極大的危害。目前國內(nèi)針對季戊四醇廢水制定的廢水處理大多為混凝沉淀、生化等傳統(tǒng)工藝，但高含量的甲醛對生化作用的抑制非常明顯，導(dǎo)致處理效果往往不理想。本文探討了一種能夠在前端大幅度去除甲醛的工藝，即前端芬頓高級氧化工藝。

　　芬頓的實(shí)質(zhì)是二價(jià)鐵離子和雙氧水之間的鏈反應(yīng)催化生成羥基自由基。羥基自由基具有較強(qiáng)的氧化能力，據(jù)計(jì)算在pH=3的溶液中，其氧化電位高達(dá)2.73V，其氧化能力在溶液中僅次于氫氟酸。而且其氧化性沒有選擇性，氧化速率也較高，能適應(yīng)各種廢水的處理。另外，羥基自由基具有很高的電負(fù)性或親電性，其電子親和能高達(dá)569.3kJ，具有很強(qiáng)的加成反應(yīng)特性，很容易進(jìn)攻高電子云密度點(diǎn)，因而Fenton試劑可無選擇的氧化水中的大多數(shù)有機(jī)物，特別適用于生物難降解或一般化學(xué)氧化難以奏效的有機(jī)廢水的氧化處理。對廢水中干擾物質(zhì)的承受能力較強(qiáng)，既可以單獨(dú)使用，也可以與其他工藝聯(lián)合使用，以降低成本，提高處理效果。

　　芬頓氧化反應(yīng)采用Fenton試劑，其基本組成是硫酸亞鐵與雙氧水，其實(shí)質(zhì)為亞鐵離子和雙氧水之間的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)催化生成高活性的自由基與難降解有機(jī)物反應(yīng)，使之發(fā)生部分氧化、耦合或氧化，形成分子量較小的中間產(chǎn)物，從而改變它們的可生化性、溶解性和混凝沉淀性。絡(luò)合物屬于難降解的一類污染物，采用Fenton試劑進(jìn)行氧化是比較好的廢水處理方法，可以達(dá)到很好的出水效果，其反應(yīng)機(jī)理如下：

　　本文通過對季戊四醇廢水進(jìn)行芬頓高級氧化實(shí)驗(yàn)，并對實(shí)驗(yàn)中各個(gè)運(yùn)行參數(shù)和實(shí)驗(yàn)效果做了分析，為預(yù)處理該類廢水的實(shí)踐工程提供理論參考。

　　一、材料與方法

　　1.1實(shí)驗(yàn)材料

　　實(shí)驗(yàn)所取廢水為甲醛廢水，其廢水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

　　1.2實(shí)驗(yàn)工藝流程

　　取甲醛廢水，首先經(jīng)過芬頓氧化工藝進(jìn)行芬頓反應(yīng)，反應(yīng)完成的出水再曝氣進(jìn)行脫氣反應(yīng)，在脫氣完成后在廢水中加入液堿，提高污水的pH在6.5~7.0之間，使污水中的三價(jià)鐵與污水中的SS、膠體和色度等一起發(fā)生絮凝反應(yīng)，然后再投加陽離子PAM，強(qiáng)化絮凝反應(yīng)，使污泥聚集，完成反應(yīng)過程后靜置沉淀，實(shí)現(xiàn)水泥分離。實(shí)驗(yàn)確定的工藝流程見圖1。

　　1.3實(shí)驗(yàn)儀器及分析方法

　　曝氣儀器采用電磁式空氣泵配合曝氣石，實(shí)驗(yàn)容器采用500mL、250mL燒杯若干只及其他附屬配件。COD的測定采用消解比色法，甲醛測定采用乙酰丙酮分光光度法。

　　1.4實(shí)驗(yàn)方法

　　取FeSO4(純度95%)20g置于300mL燒杯中，加入清水至200mL，配置成濃度約為10%的FeSO4溶液，攪拌均勻待用。取500mL的燒杯，加入廢水300mL，用pH測定儀檢測廢水配件pH為3.8，隨后投加FeSO4溶液及H2O2(濃度27.5%)，反應(yīng)時(shí)間定為35min。期間用玻璃攪拌棒不停攪拌。

　　芬頓反應(yīng)完成后將曝氣石置于杯底并連接空氣泵向水中鼓氣，曝氣時(shí)間暫時(shí)定為3hr，脫氣結(jié)束后，往廢水中投加液堿(濃度30%)，調(diào)整廢水的pH在6.5~7.0，使Fe3+與OH-生成Fe(OH)3，最后投加PAM(分子量1200萬)，利于Fe(OH)3混凝反應(yīng)，形成大顆粒的礬花。靜置沉淀約1hr后，取上清液用濾紙過濾出水。實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見圖2。

　　二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

　　2.1芬頓氧化運(yùn)行控制分析

　　在原水pH為3.8時(shí)，投加FeSO4及H2O2，攪拌使兩種藥劑與廢水充分混合均勻。首先將反應(yīng)時(shí)間控制在35min，加入廢水中的FeSO4和H2O2加藥量分別是0.2g/L廢水和0.1g/L廢水開始，檢測反應(yīng)后出水甲醛含量，以后逐次增加FeSO4和H2O2的投加量并同時(shí)檢測出水水質(zhì)，記錄數(shù)據(jù)見圖3。從圖3可知，在pH=3.8，HRT=35min時(shí)，當(dāng)FeSO4和H2O2加藥量分別是0.6g/L廢水和0.5g/L廢水，出水甲醛濃度可以低至130mg/L，去除率達(dá)到90%以上。當(dāng)FeSO4和H2O2加藥量逐次增加后，出水甲醛濃度基本無太大變化。

　　經(jīng)上述第一步實(shí)驗(yàn)過程確定FeSO4和H2O2的最佳投加量后，反應(yīng)時(shí)間從10min開始逐次增加至50min，并記錄出水甲醛濃度，整理數(shù)據(jù)見圖4。由圖4可以看出反應(yīng)時(shí)間在40min時(shí)，在同樣的藥劑投加量前提下，出水甲醛濃度可以低至126mg/L，以后逐次遞增反應(yīng)時(shí)間，出水甲醛濃度無太大變化。由此可知處理季戊四醇廢水的芬頓氧化反應(yīng)的時(shí)間宜在35~40min，最優(yōu)選為40min。

　　2.2脫氣反應(yīng)過程運(yùn)行控制分析

　　在經(jīng)過上述兩部反應(yīng)確定加藥量及反應(yīng)時(shí)間的前提下，得到最佳反應(yīng)效果的廢水進(jìn)入脫氣實(shí)驗(yàn)過程。脫氣過程主要是通過曝氣去除剩余及未反應(yīng)的H2O2，使其分解為H2O和O2;使Fe2+氧化成Fe3+。在脫氣過程結(jié)束后投加液堿，將廢水的pH調(diào)整在7.0左右，使Fe3+與OH-生成Fe(OH)3，并通過投加PAM，使Fe(OH)3完成絮凝反應(yīng)，形成大顆粒礬花。并在隨后的靜置沉淀過程中泥水分離。取上清液通過濾紙過濾后檢測出水甲醛及COD濃度。

　　整個(gè)脫氣反應(yīng)過程控制曝氣量從6L/m2?min逐次增加并檢測出水甲醛濃度。記錄數(shù)據(jù)見圖5，由圖5可知，曝氣強(qiáng)度對脫氣的效果及甲醛的去除有重要影響，其中在曝氣強(qiáng)度為16L/m2?min，出水甲醛濃度為120mg/L，去除率達(dá)到90%以上，COD也從6000mg/L降解至5000mg/L，去除率可達(dá)到17%。

　　三、結(jié)論

　　(1)采用Fenton氧化法預(yù)處理季戊四醇廢水的過程主要由芬頓氧化、脫氣、混凝沉淀構(gòu)成，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，該工藝對廢水中的甲醛去除效果顯著，利于后續(xù)生化處理，最終達(dá)標(biāo)排放。

　　(2)經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析確定，在原水pH在3~4，反應(yīng)時(shí)間為40min，F(xiàn)eSO4和H2O2反應(yīng)的加藥量分別是0.6g/L廢水和0.5g/L廢水時(shí)，出水的甲醛濃度最低，將甲醛濃度從1450mg/L降解到126mg/L，去除率90%以上。

　　(3)經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析確定，脫氣過程中的曝氣強(qiáng)度在16L/m2?min時(shí)，出水甲醛濃度低至120mg/L，COD的去除率同時(shí)可達(dá)17%。

　　(4)芬頓氧化工藝對季戊四醇廢水中甲醛去除效果顯著，可以提供工程實(shí)踐參考。（來源：濮陽市鵬鑫化工有限公司）