萃取—Fenton反應—吸附工藝處理蘭炭廢水研究

高雯雯 張智芳 蘇婷

摘 要：采用萃取-Fenton反應-吸附工藝處理蘭炭廢水，分別通過單因素實驗和正交實驗得到萃取段和Fenton反應段的最優條件，結果為：萃取劑為柴油與苯的混合物，相比1：4，萃取時間10 min，萃取溫度為25℃，酚的萃取率最大為82.8%；Fenton反應的最佳工藝條件為：溫度為70 ℃，pH為4，FeSO4的投加量為4 g，H2O2的投加量為4 mL；最后經過活性炭吸附后，蘭炭廢水的COD及酚的含量達到國家廢水排放標準。

關 鍵 詞：萃取；Fenton反應；吸附；蘭炭廢水

中圖分類號：TQ 521.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）08-1758-03

Abstract： Coking wastewater was treated by adopting extraction-Fenton reaction-adsorption process； the best conditions of extraction stage and Fenton reaction stage were determined by single factor experiment and orthogonal experiment respectively. The results show that， the highest phenol extraction rate can reach to 82.8% when using mixed solution of diesel and benzene as extracting agent， the ratio of extractant to coking wastewater 1：4， the extraction time 10 min at 25 ℃. The optimum processing conditions of Fenton reaction are as follows： temperature 60 ℃，pH 4， FeSO4 4 g and H2O2 4 mL. In the end， coking wastewater after extraction and Fenton reaction was adsorbed by activated carbon. COD and phenol contents in treated wastewater can meet the national standard.

Key words： extraction； Fenton reaction； adsorption； coking wastewater

在焦炭煉制、煤氣凈化以及化工產品的精制和回收過程中會產生蘭炭廢水，蘭炭廢水含有多種無機及有機污染物，成分復雜且污染物的含量隨煉焦工藝的不同有很大的不同[1]，因此，蘭炭廢水屬于高污染物、難降解的有機廢水。對蘭炭廢水的處理方法有多種，如催化濕式氧化法[2]、電絮凝法[3]、芬頓法[4]等。其中芬頓法具有效果顯著、操作簡單、適用范圍廣等優點，已廣泛地應用于各類生化性差、難降解的廢水中，但采用Fenton法要達到理想的COD去除率，需投入大量的過氧化氫，藥劑成本太高[5]，且單一的方法無法徹底地降解蘭炭廢水，蘭炭廢水的處理工藝還不夠成熟。因此本文提出采用萃取-Fenton-吸附工藝以最大程度地降解蘭炭廢水中的有害污染物質，為行業提供一條可選擇的蘭炭廢水處理工藝。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑及儀器

4-氨基安替比林、鐵氰化鉀、重鉻酸鉀、1，10-鄰菲啰啉、鹽酸、硫酸亞鐵、質量分數30%過氧化氫、硫酸亞鐵銨、濃硫酸、硫酸銀、氯化銨、氫氧化鈉、苯均為分析純；柴油、活性炭均為市售材料。

5B-3型COD快速測定儀；FAll04N型電子天平；pHS-3型酸度計；DF-II數顯集熱式磁力攪拌器；722S型可見分光光度計；所用廢水為陜北榆林某焦化廠經蒸氨的蘭炭廢水，其水質指標見表1。

1.2 實驗方法

萃取工藝：本實驗選用的萃取劑為體積比1：1柴油與苯的混合液，基本步驟為：將定量萃取劑與蘭炭廢水混合，保持總體積為50 mL，恒溫加熱磁力攪拌下攪拌一定時間，將混合液小心倒入分液漏斗中，靜置分層，取出下層水樣，采用4-氨基安替比林直接光度法測定水樣中的含酚量。

Fenton反應：取定量萃取后的蘭炭廢水，調節蘭炭廢水的pH值，加入一定量的FeSO4·7H2O， 待溶解后，將燒杯放入恒溫加熱磁力攪拌器中，再滴加定量30%的H2O2，開始Fenton反應，1 h后過濾取上清液，采用COD快速測定儀測定COD值。

1.3 分析方法

COD采用COD快速測定儀測定；揮發酚采用4-氨基安替比林直接光度法測定，萃取率為酚類化合物在萃取相中的量與總量之比，其計算公式為：

其中，C0和C分別為萃取前后水相中酚的含量。

2 實驗結果與討論

2.1 萃取工段工藝條件優化

2.1.1 相比對萃取率的影響

萃取相比，指在萃取體系中，一個液相與另一個液相的體積之比。在本實驗中，萃取相比指萃取劑與蘭炭廢水體積之比。在萃取過程中，相比的大小會影響萃取塔設備的級數以及萃余相的濃度，同時也會影響溶劑再生的所產生操作費用[6，7]。圖1為常溫（25 ℃）磁力攪拌條件下相比對酚去除率的影響。由圖1可得，隨相比的增大酚去除率逐漸減小，考慮到相比越大，溶劑再生的能耗也就越大，選擇1：4為最佳的相比。

2.1.2 萃取時間對萃取率的影響

圖 2為萃取時間對萃取率的影響，由圖2可得，隨萃取時間延長，萃取率曲線呈先增大，后趨于平緩的趨勢，萃取時間為10 min時，萃取率最高。因此，確定萃取時間為10 min為最佳的萃取時間。

2.1.3 萃取溫度對萃取率的影響

圖3為萃取溫度對酚去除率的影響，由圖3可得，隨溫度升高，酚萃取率逐漸降低，這是因為溫度升高，酚類物質在水中的溶解度逐漸增大，使得分配系數下降，萃取率降低[8]。考慮到實際操作條件及成本，確定常溫下即25℃為萃取的最佳溫度，此時酚的萃取率達到最大值為82.8%，COD的去除率為36.1%。

2.2 Fenton反應

采用正交實驗研究Fenton反應處理蘭炭廢水的效果，設計了三水平四因素L9（34）實驗方案，以COD去除率為考核指標，結果見表2。

由表2可得，極差R1>R2>R3>R4，所以在選定的四個影響因素中，設計實驗范圍內影響COD去除率的因素為：溫度>pH>FeSO4>H2O2，設計的最優組合為A2B1C3D2，即Fenton氧化法去除COD的最佳工藝條件是：溫度為70℃，pH為4，FeSO4的投加量為4 g，H2O2的投加量為4 mL，在最佳工藝條件下測得COD去除率為88.7%。 經萃取-Fenton反應后，蘭炭廢水COD降為631.9mg/L，酚的含量降為51.7 mg/L。

2.3 活性炭吸附

采用果殼活性炭對萃取-Fenton反應后的蘭炭廢水進行吸附，反應在室溫磁力攪拌下進行，果殼活性炭的投加量為10 g/L，反應時間1 h，實驗平行3次，3次的平均結果為COD：78.5 mg/L，酚：2.8 mg/L。

3 結 論

（1）萃取的最佳工藝條件為：相比1：4，萃取時間10 min，萃取溫度為25 ℃，此時酚的萃取率最大為82.8%，COD的去除率為36.1%。

（2）通過正交設計確定Fenton反應最優組合為A2B1C3D2，即Fenton反應的最佳工藝條件是：溫度為70℃，pH為4，FeSO4的投加量為4 g，H2O2的投加量為4 mL，經萃取-Fenton反應后，蘭炭廢水COD含量降為631.9 mg/L，酚的含量降為51.7 mg/L。

（3）經萃取-Fenton反應-活性炭吸附后，蘭炭廢水的COD含量降為78.5 mg/L，酚的含量降為2.8 mg/L，達到國家廢水排放標準，該工藝路線為蘭炭廢水的處理提供一條切實可行的途徑，具有一定的實踐意義。

參考文獻：

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