城鎮生活污水高效化學(xué)處理技術(shù)研究

第34卷第7期抓比排術(shù)Vol 34 No. 72011年7Environmental Science TechnologyJ2011魏基業(yè),劉明慶,陳英文,等城鎮生活污水高效化學(xué)處理技術(shù)研究環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2011,347:6-9.Weij-ye, Liu Ming-ging, Chen Ying-wen,etlA bench-scaled experiment for treating municipal sewage by efficient chemical method[J. Environmental Science& Technology, 2011, 34(7): 6-9城鎮生活污水高效化學(xué)處理技術(shù)研究魏基業(yè)1,劉明慶,陳英文1,祝社民2,沈樹(shù)寶(1南京工業(yè)大學(xué)國家生化工程技術(shù)研究中心,江蘇南京21000;京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院江蘇南京21000摘要:采用高效化學(xué)方法對生活污水進(jìn)行處理達到快速處理并回用的目的。實(shí)驗結果表明微電解的最佳反應條件為微電解材料為鑄鐵屑,鐵炭比21,pH4,反應時(shí)間80min,COD去除率達到531%。 Fenton氧化的最佳反應條件為pH3,反應時(shí)間60min,過(guò)氧化氫的加入量0.08%(體積分數),COD去除率達到793%。經(jīng)過(guò)后續混凝、化學(xué)脫氮污水水質(zhì)達到城市污水再生利用城市雜用水水(B/T8920-2002)要求關(guān)鍵詞:微電解; Fenton氧化;生活污水中圖分類(lèi)號:X703文獻標志碼Adoi:10.3969/isn.1003-6504.201107.002文章編號:10036504(201107-000-04A Bench-scaled Experiment for Treating Municipal Sewage byEfficient Chemical MethodWEI Ji-ye, LIU Ming-qing, CHEN Ying-wen, ZHU She-min, SHEN Shu-bao'(1. National Research Centre for Bio-chemical Engineering Techniques, Nanjing University of Technology, Nanjing210009, China; 2 College of Material Scienceand Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009, China)Abstract: The experimental study is intended to develop an efficient chemical sewage treatment process that can lead to abetter effluent quality with a shorter time than the conventional process. From the study, optimum reaction condition for themicro-electrolysis, and for Fenton oxidation was obtained respectively. Coagulation and chemical de-nitrification thfollowed micro-electrolysis and Fenton oxidation eventually produced the water of good quality that meet the requirement ofreclaimed water for miscellaneous uses in the urban areasKey words: micro-electrolysis; Fenton oxidation; municipal sewage微電解技術(shù)是指零價(jià)金屬與惰性電極在廢水中活污水處理后回用具有很高的技術(shù)可行性和社會(huì )價(jià)形成原電池,依靠零價(jià)金屬的還原作用,混凝吸附作值。針對目前生活污水處理普遍存在的問(wèn)題:基建費用,電化學(xué)反應的氧化還原作用對廢水進(jìn)行處理的用高,占地面積大,處理時(shí)間長(cháng),受外部環(huán)境影響大技術(shù)。鐵由于價(jià)格低廉易得,作為微電解材料已經(jīng)在的缺點(diǎn)。本課題組采用以微電解- Fenton氧化為主要染料、印染、農藥、制藥叫等工業(yè)廢水的預處理中有了步驟的化學(xué)方法對生活污水進(jìn)行處理,達到快速處理廣泛的應用。喬俊蓮等利用刨鋁花作為微電解材料并回用生活污水的目的。處理印染廢水也取得了較好的效果。Fenton氧化是指由HO2和Fe°的結合,二者反應實(shí)驗部分生成氧化能力很強的OH自由基,可以氧化水中大多1.1廢水的水質(zhì)數有機物能將大分子有機物降解為小分子有機物或實(shí)驗污水來(lái)自南京市某污水處理廠(chǎng),污水的水質(zhì)完全礦化,具有操作簡(jiǎn)單、反應迅速,且無(wú)二次污染如表1所示。等優(yōu)點(diǎn)。生活污水具有污染來(lái)源簡(jiǎn)單,污水可生化性1.2生活污水處理流程好,處理難度較小的特點(diǎn),從技術(shù)和成本角度考慮,生生活污水處理流程如圖1所示:生活污水經(jīng)過(guò)隔《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》編輯部:(網(wǎng)址)htp/ jks.chinajourmalneten(電話(huà))027-87643502(電子信箱) hjkxyjs@126com收稿日期:201007-01;修回2010-09-20基金項目:國家自然科學(xué)基金項目資助(50872052);國家高科技研究發(fā)展計劃(863)基金項目資助(200A05Z313);國家水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(2008ZX07101-003-02-05);江蘇省環(huán)?？蒲姓n題(2009002)作者簡(jiǎn)介:魏基業(yè)(1985-),男,碩士研究生,主要研究方向為污水處理及回用,(電子信箱) weijiye3496@163。com;*通訊作者,(電話(huà))025-83587349(電子信箱) sishen@126com第7期魏基業(yè),等城鎮生活污水高效化學(xué)處理技術(shù)研究柵去除大顆粒固體之后進(jìn)入廢水調節池,用硫酸調節液時(shí),鑄鐵屑自身可以構成一個(gè)完整的微電池回路,pH進(jìn)入微電解反應柱。微電解出水調pH后進(jìn)入形成無(wú)數個(gè)腐蝕微電池;而在鑄鐵屑中再加入活性碳Fenton氧化反應器,以微電解反應產(chǎn)生的Fe作為催顆粒時(shí),鐵屑與碳顆粒接觸形成外部原電池,加速鑄化劑催化過(guò)氧化氫分解產(chǎn)生OH。氧化出水經(jīng)通過(guò)加鐵屑的腐蝕網(wǎng);并且鑄鐵屑表面粗糙,比表面積較大,人氫氧化鈣調pH至8~10并加入03‰的聚丙烯酰胺形成原電池的數量也相對較多,因此微電解材料選用(PAM)進(jìn)行混凝?；炷恋砗蟮纳锨逡和ㄟ^(guò)折點(diǎn)氯化鑄鐵屑法進(jìn)行脫氮處理,出水一部分作為微電解柱的反沖洗22最佳鐵炭比的確定水,剩余的作為雜用水回用。以微電解和 Fenton氧化原水pH調至4,反應時(shí)間為120min,考察不同兩個(gè)主要步驟作為研究對象,并對其參數進(jìn)行優(yōu)化。鐵炭比對微電解效果的影響,實(shí)驗在燒杯中進(jìn)行,實(shí)表1污水水質(zhì)驗結果如圖3所示。Table 1 Quality of the untreated wastewater60rFe:C=3:1Fe: C=2: 1Fe: C-l指標 COD BOD懸浮物確酸鹽氮氮總大腸菌群Fe:C=1:3/mgL/ mg L-/mg· L- /mg L- Img. L個(gè)L含量150-35060-150120-1505-620-35100-150反沖排水活污水圓圈國節微電解母{四節反沖進(jìn)水出水化學(xué)瞅油混凝沉淀海[m氧化反應圓圖1工藝流程圖3鐵炭比對COD去除率的影響Fig. I Process flow diagramFig 3 Influence of Fe/C on the removal rate of coD1.3水質(zhì)測定方法結果表明:鐵炭比對污水的處理效果影響顯著(zhù)COD的測定方法:重鉻酸鉀法;氨氮的測定方在鐵炭比為2:1或者1:1的時(shí)候COD的去除率最法納氏試劑比色法;固形物的測定方法:重量法;磷高,均能達到56%以上。鐵炭比過(guò)高或者過(guò)低都會(huì )導酸鹽的測定方法:鉬銻抗分光光度法;五日生化需氧致原電池的數量不足,電極反應速率下降,對污水的量(BOD)的測定方法:稀釋與接種法;總大腸桿菌處理效果也會(huì )明顯下降。鐵炭比選定為2:1群:多管發(fā)酵法。23pH對微電解反應的影響2結果和分析在鐵炭比為2:1的情況下,反應時(shí)間定為12021微電解材料的選擇min,設定6個(gè)不同的反應pH,分別為2、3、4、5、6、7在pH4,反應時(shí)間120min,惰性電極為活性炭考察不同pH對COD的去除率的影響。所得結果如的條件下對四種微電解材料進(jìn)行考察,實(shí)驗結果如圖圖4所示。2所示。鑄鐵屑還原性鐵粉廢鋁屑磁鐵礦圖4pH對cOD的去除率的影響圖2微電解材料對COD去除率的影響Fig 4 Influence of pH on the removal rate of CODFig 2 Influence of micro-electrolysis materialson the removal rate of coD結果表明:微電解的效果隨著(zhù)pH升高而逐漸降由圖2可以看出,在相同的條件下鑄鐵屑-活性低,pH在2-4之間均具有較好的COD去除效果,COD炭的微電解效果最好,在進(jìn)水COD為250mg/L的時(shí)去除率都在5%以上,在pH為2的時(shí)候COD去除率候,出水COD值可以降至109mgL,COD去除率為達到最大值為58%。微電解過(guò)程中溶液的pH值對析55%鑄鐵屑是純鐵和碳化鐵的合金,浸沒(méi)在廢水溶氫電位有較大的影響進(jìn)水的pH越低,發(fā)生析氫腐蝕抓比的壯術(shù)第34卷的速度越快。另一方面降低廢水的pH值可以提高氧而降低或失去催化作用;當p值低于3時(shí),水中的的電極電位,加大微電池的電位差,促進(jìn)電極反應的進(jìn)H濃度過(guò)高, Fenton反應Fe+HO2>Fe2+O2+H行,從而提高處理效果。但當反應體系中H的濃度過(guò)受到抑制,Fe不能順利地被還原為Fe2,催化反應高時(shí),消耗硫酸過(guò)多增加了成本,同吋減少了微電解材受阻,因此最佳pH選擇為3。料的使用壽命,因此微電解的反應pH確定為42.6過(guò)氧化氫的加入量對 Fenton氧化的影響24時(shí)間對微電解反應的影響設定反應的pH值為3,反應時(shí)間為100min,考察設定鐵炭比為1:1,反應pH值為4,反應時(shí)間分過(guò)氧化氫的加入量對反應的影響。結果如圖7所示。別設定為20min、40min、60min、80min、100min、100120min,考察反應時(shí)間對COD的去除率的影響。所得結果如圖5所示。0.08%0.10%t/min圖7過(guò)氧化氫的加入量對COD的去除率的影響Fig7 Influence of H,O, addition amount on the removal rate of CODt/min由圖7可知隨著(zhù)過(guò)氧化氫加入量的增大,COD圖5反應時(shí)間對COD的去除率的影響的去除率呈現逐漸增大的趨勢,在加入量為0.08%(體Fig 5 Influence of reaction time on the removal rate of coD積分數)時(shí)COD的去除率達到最大值82.1%。分析原結果表明:隨著(zhù)時(shí)間的增加,COD的去除率呈逐因:當過(guò)氧化氫的加入量較少時(shí)產(chǎn)生OH的數量自然漸升高的趨勢,在反應時(shí)間80min時(shí)可以達到較少;但是HO2作為OH的捕捉劑也會(huì )消耗OH,使53.1%在反應時(shí)間120min的時(shí)候,COD的去除率最氧化速率下降,因此過(guò)氧化氫的用量過(guò)高時(shí),也會(huì )使大到達57.1%,鑒于80min之后coD去除率增長(cháng)幅有機物的降解產(chǎn)生影響。因此確定 Fenton氧化的最佳度很小,反應時(shí)間定為80min過(guò)氧化氫的加入量為008%(體積分數)。25pH對 Fenton氧化的影響27反應時(shí)間對 Fenton氧化的影響微電解出水COD范圍為70~150mg/L,以微電設定反應的pH為3,過(guò)氧化氫的加入量為008%解出水作為原水進(jìn)行 Fenton氧化實(shí)驗,設定反應時(shí)間(體積分數),考察反應時(shí)間對 Fenton氧化的影響,實(shí)為100min,過(guò)氧化氫(30%)的加入量為008%(體積驗結果如圖8所示。分數),考察不同pH值對 Fenton氧化的影響。結果如100圖6所示。吐卟圖8反應時(shí)間對COD的去除率的影響Fig 8 Influence of reaction time on the removal rate of coD圖6pH值對COD的去除率的影響由圖8可知COD的去除率隨反應時(shí)間的增加呈Fig 6 Influence of pH on the removal rate of COD逐漸上升的趨勢,在反應時(shí)間60min時(shí)COD去除率結果表明:pH值在3時(shí)COD的去除率最大達到達到793%,此時(shí)反應接近完全,100min之后COD812%,pH過(guò)高或過(guò)低都會(huì ) Fenton氧化效果產(chǎn)生影去除率僅上升到837%,因此確定的 Fenton氧化反應響。這是因為pH值過(guò)高時(shí),OH會(huì )直接抑制OH的生時(shí)間為60min成,同時(shí)也因為Fe和Fe2會(huì )以氫氧化物的形式沉淀3后續處理工藝及水質(zhì)分析第7期魏基業(yè)等城鎮生活污水高效化學(xué)處理技術(shù)研究根據微電解和 Fenton的最佳反應條件對污水進(jìn)electrolysis [J]. Applied Chemical Industry, 2008, 37(1):27行處理,污水中COD值可以降到35mgL以下。出水加36. in Chinese)石灰水調pH值到8-10,并加入3%的聚丙烯酰胺進(jìn)5喬俊蓮,鄭廣宏鋁炭微電解法處理堿性紫5BN模擬廢水行混凝,經(jīng)沉淀池沉淀后取上清液加入次氯酸鈉進(jìn)行的研究門(mén).工業(yè)用水與廢水,2008,39(3):49-58化學(xué)脫氮,回調pH至7,測定污水水質(zhì)如表2所示。Qiao Jun-lian, Zheng Guang-hong. Treatment of simulantwastewater containing methylviolet sbn by aluminum表2處理后污水水質(zhì)Table 2 Quality of the wastewater after treatmentcarbon micro-electrolysis[J]. Industrial Water& Wastewater2008,39(3):49-58( in Chinese)指標COD,BQD:懸浮物磷酸鹽氨氮,總大腸菌群6]陳傳好. Fenton試劑處理廢水中各影響因子的作用機制門(mén)環(huán)境科學(xué),2000,21(5):15-18含量10-305-1020-30001-0245-10未檢出Chen Chuan-hao. The mechanisms of affecting factors in由表10可以看出生活污水經(jīng)過(guò)高效化學(xué)處理treating wastewater by Fenton reagent[J]. Environmental Sci-之后,水質(zhì)達到城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)ence, 2000,21(5): 15-18. (in Chinese(B/T18920-2002)要求。[7] Pigllatello JJ. Dark and photoassisted Fe+ catalyzed degra-dation of chlorophenoxy herbicides by hydrogen peroxide[Jl4結論Environmental Science and Technology, 1992, 26(12): 94.通過(guò)高效化學(xué)方法對生活污水進(jìn)行處理回用。最8]李川,夏潔,王玉崢微電解處理對染料廢水脫色的影響佳微電解條件為微電解材料為鑄鐵屑,鐵炭比2:1,南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),204,28(1):87-8pH4,反應時(shí)間80min,COD去除率可以達到531%Li Chuan, Xia Jie, Wang Yu-zheng Micro-electrolysis pro-cess for treating dyeing wastewater[J]. Journal of NanjingFenton氧化的最佳反應條件為:pH3,反應時(shí)間60minForestry University( Natural Science Edition ), 2004, 28(1)過(guò)氧化氫(30%)的加入量008%(體積分數),在 Fenton87-88.(in Chinese)氧化最佳反應條件下COD去除率達到793%。氧化出[9田維張洪林蔣林時(shí)光 -Fenton試劑協(xié)同TO2對苯酚廢水降水經(jīng)過(guò)混凝沉淀、化學(xué)脫氮等步驟水質(zhì)達到城市污水解加速作用的研究長(cháng)春理工大學(xué)學(xué)報,2006,29(2):76-79再生利用城市雜用水水質(zhì)(B/T18920-2002)要求。整Tian Wei, Zhang Hong -lin, Jiang Lin-shi. Accelerative個(gè)處理過(guò)程在3h之內完成,具有良好的應用前景。function of photocatalytic degradation of phenol by Fentonreagent with anatase titanium dioxide[]. 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(in Chinese)壓裂廢水環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2010,33(S1):327-3313]王永廣,楊劍鋒微電解技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的研究與應Jiang Bao-yun, Li Hao, Dong Guo-nu, et al. Disposal of用環(huán)境污染治理技術(shù)與設備,2002(4):69-73acidizing and fracturing wastewater by process integrationWang Yong-guang, Yang Jian-feng. Research and appliof microeletrolysis-Fenton [J]. Environmental Sciencecation of micro-electrolysis technology to industrial wastew-Technology, 2010, 33(S1): 327-331 (in Chinese)ater treatment]. Techniques and Equipment for Environmen-[l3]于鳳剛,李彥鋒,周林成 Fenton強化鐵炭微電解工藝處理硫化tal Pollution Control, 2002(4): 69-73 (in Chinese紅棕中間體廢水環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2009,32(10):149-1524]喬俊蓮,鄭廣宏.鋁炭微電解法處理堿性棕G模擬廢水的Yu Feng-gang, Li Yan-feng, Zhou Lin-cheng, et al. Treat研究應用化工,2008,37(1):27-36ment of sulphur red brown intermediate by Fenton oxidationQiao Jun-lian, Zheng Guang-hong. Study on basic brownand iron-carbon microelectrolysis[]. 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