城鎮生活污水高效化學(xué)處理技術(shù)研究

第34卷.第?期環(huán)純科學(xué)與技術(shù)Vol. 34 No.72011年7月~Environmental Science & Technologyjul. 201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, 34():6 9. WeiJi-ye, Liu Ming -qing, Chen Ying -wen, et al.A bench- -scaled experiment for treating municipal sewage by fficient 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'， 祝社民"，沈樹(shù)寶 1°(1.南京工業(yè)大學(xué)國家生化工程技術(shù)研究中心,江蘇南京210009; 2.南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京210009)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2:1,pH 4,反應時(shí)間80 min,COD去除率達到53.1%。Fenton 氧化的最佳反應條件為:pH 3,反應時(shí)間60 min,過(guò)氧化氫的加人量0.08%(體積分數),COD去除率達到79.3%。經(jīng)過(guò)后續混凝、化學(xué)脫氮等步驟,污水水質(zhì)達到城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)(B/T18920- -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:A doi: 10.9/.is.100- 6504.2011.07.002文章編號:1003- 65042011)07- 0006 -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 CollegeofMaterial Science and Engineering, Nanjing University ofTechnology, Nanjing21009, China)Abstract: The experimental study is intended to develop an effcient chemical sewage treatment process that can lead to abetter efluent quality with a shorter time than the conventional process. From the study, optimum reaction condition for themicro -clectrolysis, and for Fenton oxidation was obtainedrespectively. Coagulation and chemical de -nitrification thatfollowed micro- electrolysis and Fenton oxidation eventually produced the water of good quality that meet the requirement ofreclaimed water for miscellaneous uses in the urban areas.Key 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2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145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H2O2和Fe*的結合,二者反應1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)完全礦化回，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):p:s/chinajuma net.en(電話(huà))027- 87643502(電子信箱中國煤化工收稿日期:2010- 07-01;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TYHCNM H G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)ii/e3496@63.com;*通訊作者,(電話(huà))025-83587349(電子信箱)zsbshen@126.com.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)人廢水調節池,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;而在鑄鐵屑中再加人活性碳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)加鐵屑的腐蝕圖;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并加人0.3%o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2.2 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 wastewater, Fe:C=1:1 干Fe:C-1:2指標COD BOD3 懸浮物 磷酸鹽 氨氮 總大腸菌群。50- Fe:C-1:3 ./mg'L+' /mg*L+ /mgL+ /mg*L-' /mgL1 1個(gè)L含量150-350 60~150 120-150 5~6， 20~35 100 -150研4(反沖排水答3(生活污閑一廂圖一調節池二微電解國一通節酒-2(反沖進(jìn)水1(2060min8010120出水-情水池一化學(xué)脫佩池一混凝沉淀8-Faro氧化反應圖」圖1工藝流程圖3鐵炭比對COD去除率的影響Fig.1 Process flow diagramFig.3 Influence ofFe/C on the removal rate ofCOD.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。2.3pH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120min,設定6個(gè)不同的反應pH,分別為2.3.4、5.6、7,2.1微 電解材料的選擇在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。60 r2所示。士H850- pH740常303 200100 120ot/mi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 ofCOD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-中國煤化工去除效果,COD炭的微電解效果最好,在進(jìn)水COD為250 mg/L的時(shí)去除率都在MYHCNMHG對候COD去除率候，出水COD值可以降至109 mg/L,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56.5%。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8環(huán)陀升學(xué)與技術(shù)第34卷的速度越快。另-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pH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Fe2t,催化反應高時(shí),消耗硫酸過(guò)多增加了成本,同時(shí)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4。2.6過(guò)氧化氫的加入量對Fenton氧化的影響2.4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100 min,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20 min .40 min、60 min .80 min、100 min、10120 min,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。一0.08%十0.10%6C0t學(xué)420304050607080一t/min圖7過(guò)氧化氫的加入量對COD的去除率的影響Fig.7 Influence of H2O2 addition amount on the removal rate ofCOD2(20120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H2O2作為.OH的捕捉劑也會(huì )消耗.OH,使53.1%,在反應時(shí)間120 min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80 min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80 min。過(guò)氧化氫的加入量為0.08%(體積分數)。2.5 pH 對Fenton氧化的影響2.7反應時(shí)間對Fenton氧化的影響微電解出水COD范圍為70~150 mg/L，以微電設定反應的pH為3,過(guò)氧化氫的加入量為0.08%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100 min,過(guò)氧化氫(30%)的加入量為0.08%(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。結果如圖6所示。8C。7(DHSH60一;50844060301003(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 ofCOD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 ofCOD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79.3%中國煤化工0 min之后COD81.2% ,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MHCNMHGFenton氧化反應響。這是因為pH值過(guò)高時(shí),0H會(huì )直接抑制.OH的生時(shí)間為60 min。成，同時(shí)也因為Fe*和Fe2t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9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35 mg/L以下。出水加36.in Chinese)石灰水調pH值到8~10,并加人3%o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[J].工業(yè)用水與廢水,2008, 39(3):49- -58.Qiao Jun-lian, Zheng Guang -hong. Treatment of simulant化學(xué)脫氮,回調pH至7,測定污水水質(zhì)如表2所示。wastewater containing methylviolet 5BN by aluminum -表2處理后污水水質(zhì)carbon micro telectrolysis[D]. Industrial Water & Wastewater,Table 2 Quality of the wastewater after treatment2008, 39(3):49-58.(in Chinese)指標COD BODs 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[D]./mg'Ll /ng.L- /mg:Ll /mg'L-° /mg"L+ 1個(gè)L"環(huán)境科學(xué),2000,21(5):15-18.含量10-30 5~1020~30 0.01~0.2 4.5-10 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] Piglatello J J. Dark and photoassisted Fe2+ catalyzed degra-dation of chlorophenoxy heetbicides by hydrogen peroxide[].Environmental Science and Technology , 1992 ,26( 12):944.通過(guò)高效化學(xué)方法對生活污水進(jìn)行處理回用。最[8] 李圳，夏潔,王玉崢.微電解處理對染料廢水脫色的影響[D].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) ,2004, 28(1):87 -88.佳微電解條件為:微電解材料為鑄鐵屑,鐵炭比2: 1,Li Chuan, Xia Jie, Wang Yu-zheng. Micro-clectrolysis pro-pH4，反應時(shí)間80 min,COD去除率可以達到53.1%。cess for treating dyeing wastewater[J]. Journal of NanjingFenton氧化的最佳反應條件為:pH 3,反應時(shí)間60 min,Forestry University(Natural Science Edition) , 2004 ,28(1):.過(guò)氧化氫(30%)的加入量0.08%(體積分數),在Fenton87- 88.in Chinese)氧化最佳反應條件下COD去除率達到79.3%。氧化出9] 田維,張洪林,蔣林時(shí)光Fenton試劑協(xié)同Ti0,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[0.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3 h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[J]. Joumal of Changchun[參考文獻]University of Science and Technology ,2006, 29(2):76- -79.[]王文成,吳德禮，馬魯銘.零價(jià)金屬還原降解水中污染物的(in Chinese)應用研究綜述[].四川環(huán)境，2007 ,26(3):99 -103.[10]陳美玲.含酚污水處理技術(shù)的研究現狀和發(fā)展趨勢[J].化學(xué)Wang Wen- cheng, Wu De-li, Ma Lu-ming Development of工程師,2003(2):53 -57.applying zero- -valent metal for degradation of pollutants inChen Mei-ling. Actuality and developing trend in the treat-water[]. Sichuan Environment , 2007 , 26(3):99 -103. (in .ment of phenolic wastewater[J]. Chemical Engineer ,2003(2):Chinese)53- 57.(in Chinese)[2]齊迎,趙婷婷.微電解、Fenton試劑在處理工業(yè)廢水中的應[1l] WangL C, Wen R Q, Ding H R. Treatment of nondegrad-用[D].大連大學(xué)學(xué)報,2008,29(6):41-46.able organic wastewater with Fenton reagent and its applicationQi Ying, Zhao Ting -ting. Application of microlectrolysis[]. 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