翁華猛 何茂林 張 鍵

(揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇 揚(yáng)州 225009)

引言

隨著液體吸收法廣泛運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)室廢氣處理中，產(chǎn)生了大量的需要處理的吸收液尾液[1]。且吸收液尾液具有有機(jī)物含量高、B/C比低、有生物毒性難降解、pH變化大等特點(diǎn)[2]，是一種難降解的高濃度有機(jī)廢液。研究此廢水的處理方法和技術(shù)具有較高社會(huì)意義和科研價(jià)值。

芬頓法產(chǎn)生的羥基自由基具有極高的氧化還原電位，對(duì)有機(jī)物去除效果明顯，大量研究表面芬頓和其他工藝組合而成的UV-Fenton、微電解-Fenton適用于高濃度難降解廢水的處理[3][4][5]。

本文對(duì)比UV-Fenton、微電解-Fenton對(duì)某高校實(shí)驗(yàn)室廢氣吸收尾液的處理效果，探究?jī)煞N工藝的最佳反應(yīng)條件，比選出較優(yōu)的方法作為預(yù)處理工藝。其中某高校實(shí)驗(yàn)室廢氣吸收尾液水質(zhì)如表1所示。

表1 某高校實(shí)驗(yàn)室廢氣吸收尾液水質(zhì)表

一、實(shí)驗(yàn)部分

(一)試劑及分析方法

1.試劑

H2O2、FeSO4·7H2O、KH2PO4等皆用分析純?cè)噭?/p>

2.CODcr測(cè)定

重鉻酸鉀法；BOD5：稀釋接種法，可生化性：BOD5/CODcr，pH值：電極法；鐵離子濃度：分光光度法

(二)實(shí)驗(yàn)方法

1.最佳反應(yīng)條件確定

(1)UV芬頓：將吸收液尾液置于反應(yīng)器中，本實(shí)驗(yàn)以COD去除率和B/C比提高為為指標(biāo)，分別在不同的雙氧水投加量、初始pH、催化劑投加量和紫外燈功率下測(cè)定處理效率，確定反應(yīng)體系最佳條件。

(2)微電解芬頓：依次在填Fe/C為3：1填料的微電解反應(yīng)器和芬頓反應(yīng)器中分別進(jìn)行微電解和芬頓反應(yīng)，先用微電解研究不同初始pH和反應(yīng)時(shí)間研究微電解效率，再研究微電解反應(yīng)時(shí)間和雙氧水投加量對(duì)微電解芬頓COD的處理效率影響，確定體系最佳條件。

2.對(duì)比效果

分別將吸收液尾液經(jīng)過UV芬頓最佳反應(yīng)條件(pH為4、H2O2投加量4.46g/L，H2O2:Fe2+摩爾比為10:1、紫外燈光15W)和微電解芬頓最佳反應(yīng)條件(pH為3、H2O2投加量6.6g/L，F(xiàn)e/C為3:1的鐵碳投加量100g/L，微電解30min、Fenton反應(yīng)40min)下反應(yīng)70min，每隔10min取樣測(cè)其COD濃度。

二、討論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

(一)H2O2濃度的影響

對(duì)于UV芬頓系統(tǒng)，固定的pH值為4，考察投加量按理論值0.5倍至1.5倍變化，變化梯度0.25倍，即2.97g/L、4.46g/L、5.94g/L、7.43g/L、8.92g/L的H2O2，在H2O2:Fe2+摩爾比為10:1和紫外燈光15W下反應(yīng)50min，其結(jié)果見如圖1。

圖1 H2O2濃度對(duì)UV芬頓COD去除率和時(shí)間的影響

由圖1可見，在雙氧水理論投加量以下，UV芬頓的預(yù)處理效果隨著雙氧水投加量增加而增加，超過此值的投加量會(huì)引發(fā)副反應(yīng)[6]，降低去除率，考慮到UV芬頓的耦合作用，最終確定雙氧水投加量為4.46g/L。

對(duì)于微電解芬頓系統(tǒng)，固定的pH值為3，考察30%雙氧水投加量為10mg/L、15mg/L、20mg/L、25mg/L、30mg/L，微電解40min，芬頓反應(yīng)30min，其結(jié)果見圖2。

圖2 H2O2濃度對(duì)微電解芬頓COD去除率和時(shí)間的影響

由圖2可見，雙氧水投加量為20mg/L時(shí)，COD去除率最高，低于該值時(shí)·OH濃度不足，氧化能力下降，高于該值，過多的H2O2會(huì)將Fe2+氧化成Fe3+，減弱催化作用[6]，最終確定最佳雙氧水投加量5.45g/L。

(二)初始pH的影響

對(duì)于UV芬頓系統(tǒng)，固定雙氧水和Fe2+投加，調(diào)節(jié)初始pH分別為3、4、5、6，間隔10min取樣測(cè)定COD去除率，結(jié)果見圖3。

圖3 初始pH值對(duì)UV芬頓COD去除率的影響

由圖3可見，pH值為4時(shí)反應(yīng)速度最快，COD去除率最佳達(dá)到32%。pH小于4時(shí)，產(chǎn)生較多帶負(fù)電荷的OH-，pH大于4時(shí)，氫離子減少，反應(yīng)氧化性降低[7]。最終確定UV芬頓最佳pH值為4。

對(duì)于鐵碳微系統(tǒng)，先確定微電解最佳pH，調(diào)節(jié)pH值為1、2、3、4、5、6的吸收液尾液微電解40min，測(cè)定cod去除率，結(jié)果見圖4。

圖4 pH值對(duì)微電解COD去除的影響

由圖4可見，COD去除率隨著微電解系統(tǒng)pH值的增大先上升后下降，pH為3時(shí)微電解效果最佳，pH>3.7時(shí)，鐵離子沉淀，微電解效果減弱，pH<3時(shí)，微電解的電位差增大，污泥量增加，提高處理成本。最終確定微電解最佳pH值為3。

確定芬頓系統(tǒng)的最佳pH，固定雙氧水投加，考察微電解出水在pH值為2、2.5、3.、3.5、4、4.5時(shí)，芬頓反應(yīng)30min的COD測(cè)定去除率，結(jié)果如圖5。

圖5 初始pH對(duì)芬頓COD去除率的影響

由圖5可見，COD去除效果隨pH值的增加呈先升高后下降的趨勢(shì)，pH為3時(shí)達(dá)到最大值，去除效率為44%。芬頓反應(yīng)中，過高pH會(huì)使鐵離子形成膠體或沉淀，過低不易于羥基自由基的產(chǎn)生[8]。最終確定鐵碳微電解芬頓反應(yīng)最佳pH值為3。

(三)紫外燈功率對(duì)UV芬頓的影響

固定pH、雙氧水和Fe2+投加量，考察了紫外燈功率從0W、6W、8W、15W、20W依次變化時(shí)OCD去除率的影響，結(jié)果如圖6。

圖6 紫外燈功率對(duì)UV芬頓COD去除率的影響

由圖6可見，紫外燈的照射能促進(jìn)COD的去除，主要因?yàn)樽贤夤饽軌虼偈笻2O2生產(chǎn)具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基，降解H2O2不能直接降解的有機(jī)物[9]。最終確定功率為15W的紫外燈為最佳條件。

(四)Fe2+的影響

作為芬頓反應(yīng)的主要組分，F(xiàn)e2+的投加決定了控制了體系催化雙氧水分解的活性點(diǎn)位數(shù)量從而控制反應(yīng)體系處理效果。UV芬頓中，考察H2O2:Fe2+分別為0、5:1、10:1、15:1、20:1的投加比，在固定pH、紫外燈功率下反應(yīng)間隔為10min的COD去除率，結(jié)果如圖7。

圖7 Fe2+投加量對(duì)UV芬頓COD去除率和時(shí)間的影響

由圖7可見，H2O2：Fe2+投加摩爾比=10：1時(shí)COD去除率最佳，因?yàn)镕e2+過低不利于羥基自由基產(chǎn)生，過高會(huì)成為羥基自由基的捕捉劑，過量H2O2分解消耗。最終確定H2O2：Fe2+投加摩爾比=10：1。

在微電解芬頓體系中，首先微電解進(jìn)程中Fe2+溶出的速度和COD去除率變化，結(jié)果如圖8，再考察純芬頓體系中Fe2+濃度對(duì)吸收尾液的處理效果，結(jié)果如圖9。

圖8 微電解反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD去除率、Fe2+溶出量影響

圖9 純Fenton反應(yīng)Fe2+濃度對(duì)COD去除影響

從圖9可見，芬頓反應(yīng)中Fe2+濃度為250-300mg/L時(shí)，COD去除率高，該濃度在圖8中需要反應(yīng)40min以上，但微電解30min后Fe2+溶出速度變緩，COD去除率基本保持在25%左右，可以認(rèn)為微電解30min可以達(dá)到Fenton反應(yīng)所需Fe2+含量。故選定微電解反應(yīng)30min。

(五)最佳反應(yīng)條件下B/C提高對(duì)比

對(duì)比考察UV芬頓在最佳反應(yīng)條件即：pH為4、H2O2投加量4.46g/L，H2O2:Fe2+摩爾比為10:1、紫外燈光15W下反應(yīng)70min，和微電解芬頓最佳條件即：pH為3、H2O2投加量5.45g/L，F(xiàn)e/C為3:1的鐵碳投加量100g/L下微電解30min、Fenton反應(yīng)40min對(duì)廢水生化性的影響，結(jié)果如圖10。

圖10 UV芬頓和鐵碳微電解芬頓預(yù)處理出水B/C變化圖

由圖10可見，在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，微電解芬頓對(duì)吸收尾液處理效果優(yōu)于UV芬頓，且出水B/C達(dá)到35%。

三、結(jié)論

(1)uv芬頓體系具有比傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)更高的氧化效率。

(2)在pH為4、H2O2投加量4.46g/L，H2O2:Fe2+摩爾比為10:1、紫外燈光15W、反應(yīng)時(shí)間30min的最佳反應(yīng)條件下，UV芬頓對(duì)廢氣吸收尾液COD去除率達(dá)到34.83%，B/C比提高至25%。

(3)在pH為3、H2O2投加量5.45g/L，F(xiàn)e/C為3:1的鐵碳投加量100g/L下微電解30min、Fenton反應(yīng)40min的最佳條件下，微電解芬頓對(duì)廢氣吸收尾液COD去除率48%，B/C從0.13提升到0.35。

(4)針對(duì)廢氣吸收尾液的處理上，微電解芬頓比UV芬頓更適合作為預(yù)處理工藝。