CN102249394A - 一种铁粉和过氧化氢预处理焦化废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于废水处理领域的一种采用铁粉和过氧化氢预处理焦化废水的方法。该方法主要包括如下步骤：将待处理的焦化废水pH值调至中性或酸性，加入铁粉；加入过氧化氢，与废水和铁粉迅速混合、反应；反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。该方法可以显著降低焦化废水总酚和COD浓度，且与均相Fenton反应相比，产生的沉淀量小，分离容易，操作方法灵活。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域，特别涉及一种铁粉和过氧化氢预处理焦化废水的方法。
背景技术
焦炭是钢铁生产中重要的生产原料，是极为理想的燃料和还原剂。焦炭工业是钢铁工业重要的辅助产业，同时也是环境污染严重的产业。根据2009年全国环境统计结果，我国2009年炼焦工业COD排放量占全国工业总排放量1.26％，氨氮排放量占全国工业总排放量3.25％。焦化废水主要来源于炼焦水封水、煤气冷凝液、蒸氨废水、粗苯分离水和循环设备冷却水等。焦化废水中含有酚、氰、苯系物以及多环、稠环有机物等几十种污染物。污染物浓度高，毒性大，是典型的难处理有机废水。
炉焦化废水常见的处理工艺有A/O、A/O2、A2/O、A2/O2等，半焦炉高浓度有机废水采用(脱酚+蒸氨)预处理+生化处理法、焚烧法和水解酸化+SBR+超滤膜过滤法。焦化废水毒性高难降解，采用生物法直接处理，效率比较低，出水COD很难达到《污水综合排放标准》(GB8978-96)的二级排放标准。需要采用絮凝、催化氧化、微电解等预处理技术降低焦化废水的毒性，提高其可生化性(陈英等，2009.石灰石改性粉煤灰和Fenton氧化处理焦化废水的试验.化工进展28，107-110；卢永等，2009.焦化废水生化处理研究新进展.环境工程27(4)，13-16)。
近年来，过氧化氢被广泛用于工业废水处理、气体洗涤与消毒灭菌等方面。在工业废水处理中，过氧化氢最常用于含硫(尤其是硫化物)、含酚和含氰化物废水的处理等。当过氧化氢的氧化能力不足以除去废水中的有害物质时，可采用金属活化或与辐射联合等方法将之转化成氧化能力更强的活性羟基自由基·OH，Fenton法便是其中一种很有前景的废水处理技术。
普通Fenton法是H2O2在Fe2+的催化作用下分解产生羟基自由基：H2O2+Fe2+→·OH+OH-+Fe3+，其氧化电位达到2.8V，是除氟元素外最强的无机氧化剂，它通过电子转移等途径将有机物氧化分解成小分子。同时，Fe2+被氧化成Fe3+产生混凝沉淀，去除大量有机物。Fenton试剂在水处理中具有氧化和混凝两种作用。Fenton试剂在黑暗中就能降解有机物，可节省设备投资，缺点是H2O2的利用率不高，不能充分矿化有机物。后来的研究表明，利用Fe3+、Mn2+等均相催化剂和铁粉、石墨、铁、锰的氧化矿物等非均相催化剂同样可用，因其反应基本过程与Fenton试剂类似而称之为类Fenton体系(Kallel et al.，2009.Olivemill wastewater degradation by Fenton oxidation with zero-valent iron and hydrogenperoxide.Journal of Hazardous Materials 163(2-3)，550-554)。铁粉过氧化氢类Fenton氧化方法在处理焦化废水方面的应用还未见报道。
发明内容
本发明针对焦化废水毒性高、可生化性差的问题，提供一种采用铁粉过氧化氢非均相类Fenton氧化焦化废水的预处理方法。铁粉和过氧化氢反应产生羟基自由基，氧化焦化废水中的难降解有机物，从而降低焦化废水的COD和酚物质含量，提高其可生化性。
一种铁粉和过氧化氢预处理焦化废水的方法，该方法包括如下步骤：
(1)将待处理的焦化废水pH值调至中性或酸性，加入铁粉；
(2)加入过氧化氢，与废水和铁粉迅速混合、反应；
(3)反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。
步骤(1)中废水的pH值调节为5.4～7.8，可以采用硫酸来调节pH值。
铁粉的优化用量为0.3～3g/L，过氧化氢的优化用量为0.3～0.5mol/L。
经步骤(3)固液分离后，处理后的水可进入生物处理单元做进一步处理，底部沉淀的残余铁粉可以被重复利用。
处理废水时所用的反应器形式可以为填充铁粉的固定床反应器，也可以为完全混合反应器。
铁粉和过氧化氢的类Fenton体系产生羟基自由基的原理如下：
Fe0+O2+2H+→Fe(II)+H2O2
Fe0(s)+H2O2+2H+→Fe(II)+2H2O
Fe(II)+H2O2→Fe(III)+·OH+OH-
Fe(II)+H2O2→Fe(IV)(e.g.，FeO2+)+H2O
Fe(II)+O2→Fe(III)+O2·-
Fe(II)+O2·-+2H+→Fe(III)+H2O2
本发明的有益效果为：
铁粉和过氧化氢反应产生氧化性强、选择性低的羟基自由基。可以显著降低焦化废水总酚和COD浓度。而且，该方法与均相Fenton反应相比，产生的沉淀量小，分离容易。操作方法灵活，既可以采用填充铁粉的固定床反应器，也可以采用完全混合反应器。
本发明的方法使焦化废水的COD和总酚的浓度显著降低。对于COD浓度为8200mg/L，总酚浓度为1980mg/L左右的焦化废水，在铁粉浓度为3.0g/L，过氧化氢用量为0.3mol/L，调节初始pH值为7.8时，反应1.5h后，COD去除率可以达到50％，总酚的去除率在90％以上。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
过氧化氢为市售30％的过氧化氢溶液，铁粉为市售还原铁粉。焦化废水为我国北方某焦化厂蒸氨塔的出水。废水的检测指标为：COD在7500-8400mg/L，总酚浓度在1760-1900mg/L，pH值在9.1-9.3，氰化物浓度在8.0-8.5mg/L。COD的测定采用重铬酸钾法，总酚的测定采用4-氨基安替比林光度法，pH值的测定采用奥立龙Model 868pH计。
实施例1
取焦化废水300mL，加入铁粉0.9g(3g/L)，H2O24.5mL(0.3mol/L)。将反应器放入摇床中振荡，完全混合，转速为150rpm。反应时间4.0h。反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。处理后的废水COD和总酚浓度基本没有变化。
实施例2
取焦化废水300mL，加入硫酸调节pH值为7.8。加入铁粉0.9g(3g/L)，H2O24.5mL(0.3mol/L)。将反应器放入摇床中振荡，完全混合，转速为150rpm。反应时间1.5h。反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。COD去除率为53％，总酚去除率可以达到89％。
实施例3
取焦化废水300mL，加入硫酸调节pH值为6.5。加入铁粉0.9g(3g/L)，H2O24.5mL(0.3mol/L)。将反应器放入摇床中振荡，完全混合，转速为150rpm。反应时间1.5h。反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。COD去除率为53％，总酚去除率可以达到90％。
实施例4
取焦化废水300mL，加入硫酸调节pH值为5.4。加入铁粉0.9g(3g/L)，H2O24.5mL(0.3mol/L)。将反应器放入摇床中振荡，完全混合，转速为150rpm。反应时间1.5h。反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。COD去除率为53％，总酚去除率可以达到90％。
实施例1～4表明：当铁粉过氧化氢处理的焦化废水pH值较高时(9.1～9.3)时，处理后的废水COD和总酚浓度基本没有变化，当焦化废水的pH值在7.8～5.4时，处理后的废水COD和总酚浓度才能显著降低。
实施例5
取300mL的焦化废水，加入硫酸调节初始pH值为5.4，加入0.9g的铁粉(3g/L)；放入摇床中振荡，完全混合，转速为150rpm。反应时间为1.5h。反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。COD和总酚的去除率为12％。
实施例6
取300mL的焦化废水，加入硫酸调节初始pH值为5.4，加入4.5mL的过氧化氢(0.3mol/L)；放入摇床中振荡，完全混合，转速为150rpm。反应时间为1.5h。反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。COD和总酚的去除率为12％。
实施例5和6表明：废水中只加入铁粉，或者只加入过氧化氢，溶液的COD和总酚的去除率很低。只有两者同时存在时，才能发生类Fenton反应，产生羟基自由基，溶液的COD和总酚浓度才能显著降低。
实施例7
取300mL的焦化废水，加入硫酸调节初始pH值为6.5。加入2.5mL的H2O2(0.17mol/L)和0.9g的铁粉(3g/L)。放入摇床中振荡，完全混合，转速为150rpm。反应时间为1.5h。反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。COD的去除率为35％，总酚的去除率为50％。
实施例8
取300mL的焦化废水，加入硫酸调节初始pH值为6.5。加入3.5mL的H2O2(0.23mol/L)和0.9g的铁粉(3g/L)。放入摇床中振荡，完全混合，转速为150rpm。反应时间为1.5h。反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。COD的去除率为42％，总酚的去除率为89％。
实施例9
取300mL的焦化废水，加入硫酸调节初始pH值为6.5。加入6.0mL的H2O2(0.40mol/L)和0.9g的铁粉(3g/L)。放入摇床中振荡，完全混合，转速为150rpm。反应时间为1.5h。反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。COD的去除率为54％，总酚的去除率为94％。
实施例10
取300mL的焦化废水，加入硫酸调节初始pH值为6.5。加入8.0mL的H2O2(0.53mol/L)和0.9g的铁粉(3g/L)。放入摇床中振荡，完全混合，转速为150rpm。反应时间为1.5h。反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。COD的去除率为59％，总酚的去除率为95％。
实施例11
取焦化废水300mL，加入硫酸调节pH值为6.5。加入铁粉0.1g(0.33g/L)，H2O24.5mL(0.3mol/L)。将反应器放入摇床中振荡，完全混合，转速为150rpm。反应时间1.5h。反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。COD去除率为50％，总酚去除率可以达到90％。
实施例12
取焦化废水300mL，加入硫酸调节pH值为6.5。在固定床反应器中填充铁粉0.5g(1.67g/L)，在反应器中加入上述焦化废水，然后加入H2O24.5mL(0.3mol/L)。将反应器放入摇床中振荡，完全混合，转速为150rpm。反应时间1.5h。反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。COD去除率为48％，总酚去除率可以达到94％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种铁粉和过氧化氢预处理焦化废水的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)将待处理的焦化废水pH值调至中性或酸性，加入铁粉；
(2)加入过氧化氢，与废水和铁粉迅速混合、反应；
(3)反应结束后，将混合液沉降，进行固液分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中废水pH值调节为5.4～7.8。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：采用硫酸来调节pH值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中铁粉的用量为0.3～3.0g/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中过氧化氢的用量在0.3～0.5mol/L。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：固液分离后底部沉淀的残余铁粉被重复利用。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：处理废水时所用的反应器为完全混合反应器或填充铁粉的固定床反应器。
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| CN 201110158070 CN102249394A (zh) | 2011-06-13 | 2011-06-13 | 一种铁粉和过氧化氢预处理焦化废水的方法 |
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