鐵碳微電解-Fenton氧化-絮凝沉淀深度處理焦化廢水

王月鋒，田在峰，邊 蔚

（河北省環境科學研究院，河北 石家莊050037）

1 引言

焦化廢水主要來自煉焦及煤氣生產過程，是一種典型的難處理的有毒有機工業廢水［1］。目前焦化廢水經預處理后通常采用A／O、A2／O、A／O2、O-A／O、SBR等生物處理方法，但經生物處理后出水中的COD 和色度仍達不到國家排放標準，需進行深度處理［2］。鐵碳微電解技術是以顆粒炭、石墨或其他導電惰性物質為陰極，以鐵屑為陽極，以電解質起導電作用構成原電池處理廢水的電化學工藝。Fenton氧化技術的原理是H2O2在Fe2＋的催化作用下分解產生強氧化性的·OH，能無選擇地將有機物氧化分解［3］。鐵碳電解、Fenton氧化、絮凝沉淀的聯用技術在工業廢水的處理上已有了一些應用，但在焦化廢水的深度處理上還鮮有報道。

本研究采用鐵碳微電解-Fenton氧化-絮凝沉淀集成技術深度處理焦化廢水，優化實驗運行參數，實現COD、色度達標的可行性，以尋求一種焦化廢水深度處理的有效工藝，實現焦化廢水處理后達標排放的目的。

2 實驗部分

2.1 實驗用水

實驗用水為某鋼鐵公司焦化廠實際焦化廢水經常規A2／O 生化工藝二級沉淀池出水，該水呈深黃褐色，有刺鼻氣味，pH 值為6.51～8.80，色度為200～350倍，COD為139～265mg／L，BOD5為10.14～25.16mg／L，出水可生化性很低（B／C＝0.06～0.14）。

2.2 實驗裝置

實驗裝置如圖1所示。實驗裝置主要分為4個部分：調節池、鐵碳微電解柱、Fenton試劑催化氧化池以及中和絮凝沉淀池。有機玻璃調節池（φ450mm×400mm），有機玻璃微電解柱（φ150mm×1450mm）中間設有1000mm 的填料層、下面設有100mm 的布水布氣層，矩形催化氧化池體（300mm×300mm×400mm）、豎流式沉淀池（反應區，長×寬×高＝200mm×20mm×30mm；沉淀區，長×寬×高＝20mm×20mm×40mm）。兩臺保定蘭格精密蠕動泵（型號：BT100-2J），自動加藥裝置和攪拌器各3臺。

圖1 實驗裝置流程圖

2.3 檢測指標及方法

實驗檢測指標為：COD、BOD5、色度、pH 值。其分析方法［4］：COD 采用重鉻酸鉀法測定；BOD5采用稀釋與接種法測定；pH 值采用pH 計直接測定；色度采用目視比色法。

2.4 實驗方法

2.4.1 調節池實驗

原水通過蠕動泵泵入調節池，同時通過加藥裝置分別投加不同濃度硫酸來控制調節池內水樣pH 值。

2.4.2 鐵碳微電解實驗

微電解填料采用山東濰坊某公司生產一體式復合鐵炭填料，固體呈3～5cm 橢球狀，微電解反應效果較好，易于清洗，避免了鐵屑和炭組合填料的板結問題［5］。調節池出水經過蠕動泵泵入微電解柱后進行曝氣微電解反應，通過蠕動泵和轉子流量計分別控制進水量和曝氣量。

2.4.3 Fenton試劑催化實驗

經鐵碳微電解出水投加不同量的10%H2O2，在攪拌器作用下進行Fenton氧化反應。

2.4.4 絮凝沉淀實驗

往Fenton氧化出水中投加1mol／LNaOH 攪拌均勻，調節pH 值到10.0左右，在豎流式沉淀池中停留2h后取上清液為最后出水。

3 實驗結果與討論

3.1 調節池工段參數優化

在原水COD 進水為234mg／L，微電解柱HRT 水力停留時間1h條件下，調節進水pH 值，對鐵碳微電解出水COD的影響見圖2。從圖2中可以看到，COD 的去除率隨pH 值升高而降低，其中進水pH 值在2.5以后，COD去除效果明顯下降。但pH 值并不是越低越好，pH 值過低會破壞鐵鹽絮體的形成影響處理效果，Fe2＋和Fe3＋的濃度增大造成出水色度的增加等問題［4］，強酸環境還會導致鐵的消耗量增大，產生的鐵泥增多，其對設備、池體亦有較強的腐蝕作用。根據實驗結果兼顧微電解出水后續的處理效果，確定調節池工段應控制pH 值在2.5 左右微電解出水COD 去除率在36%。

圖2 調節池出水pH 值對微電解出水COD的影響

3.2 鐵碳微電解工段參數優化

在原水COD 進水為234mg／L，調節池出水pH 值控制在2.5條件下，微電解HRT 對出水COD 的影響見圖3。如圖3所示，當微電解水力停留時間HRT 從0.5h延長至1.0h時，鐵碳微電解柱出水COD 濃度下降明顯，去除效果較好，但HRT 大于1.0h 后，出水COD濃度下降緩慢，去除效果不明顯。在實際工程應用中HRT 的延長會增加運營成本，因此確定本工段的最佳運行參數HRT 為1.0h。

3.3 Fenton氧化工段參數優化

在Fenton氧化進水COD 為147mg／L，10%H2O2投加量對Fenton出水COD的影響見圖4。

由圖4 可見，隨著10%H2O2加入量增加，Fenton氧化出水COD 呈下降趨勢，但當10%H2O2加入量超過2.0（mL／L）時出水COD值不降反升，去除率開始下降，因為過高的H2O2不但不能通過分解產生更多的羥基自由基·OH，反而在反應一開始就把Fe2＋迅速氧化成Fe3＋，而使反應在Fe3＋催化作用下進行，這樣就抑制了羥基自由基·OH 的產生，并且過高的H2O2其還原性從一定程度上增加了出水的COD值［6］。根據實驗結果確定本工段10%H2O2投加量為2.0mL／L。

圖3 微電解HRT 對微電解出水COD的影響

3.4 動態連續實驗

確定最佳工藝運行條件進行動態連續實驗8月1日至8月31日，每天早、中、晚取進出水各一次，以混合樣作為當天的進出水樣品，實驗結果見圖5、圖6。由圖5、6所示焦化廢水經鐵碳微電解、Fenton氧化、絮凝沉淀后出水COD去除率均值為53%，色度去除率均值為90%，原污水可生化性（B／C）由0.11提高到0.35。

圖4 H2O2 加入量對Fenton氧化出水COD的影響

圖5 裝置動態連續運行一個月COD去除率的變化

4 結語

（1）鐵碳微電解工段采用微電解效果更好的一體式復合鐵炭填料，最佳運行條件微電解進水pH＝2.5，HRT＝1.0h對COD去除率為36%。

（2）Fenton氧化工段的最佳運行參數10%H2O2投加量 為2.0mL／L，Fenton 氧 化 出 水COD 去 除 率 為22%。

（3）鐵碳微電解-Fenton氧化-絮凝沉淀集成技術深度處理焦化廢水連續運轉一個月，實驗結果所示，該集成技術對COD的總去除率可達52%，色度去除率可達90%，可生化性（B／C）由0.11提高到0.35，反應出水COD和色度均滿足國家污水綜合排放標準（GB8978-1996）的二級排放標準，由此表明該技術深度處理焦化廢水是可行有效的。

圖6 裝置動態連續運行一個月色度去除率的變化

［1］王業耀，袁彥肖，田仁生.焦化廢水處理技術研究進展［J］.工業水處理，2002，22（7）：1～4.

［2］李飛飛，李小明，曾光明.鐵炭微電解深度處理焦化廢水的研究［J］.工業用水與廢水處理，2010，41（1）：46～49.

［3］胡紹偉，王 飛，陳 鵬，等.內電解-Fenton氧化-絮凝沉淀預處理焦化廢水［J］.化工環保，2014，34（4）.

［4］國家環保總局.水和廢水監測分析方法（第4 版）［M］.北京：中國環境科學出版社，2002.

［5］時永輝，蘇建文，陳建華，等.微電解-Fenton 深度處理制藥廢水影響因素與參數控制［J］.環境工程學報，2014，3，8（3）：1106～1112.

［6］張乃東，鄭 威，彭永臻.鐵屑-Fenton法處理焦化含酚廢水研究［J］.哈爾濱建筑大學學報，2002，35（2）：57～60.