第34卷.第?期環(huán)純科學與技術Vol. 34 No.72011年7月~Environmental Science & Technologyjul. 201魏基業(yè),劉明慶,陳英文,等城鎮(zhèn)生活污水高效化學處理技術研究[]環(huán)境科學與技術, 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(zhèn)生活污水高效化學處理技術研究魏基業(yè)1，劉明慶'，陳英文'， 祝社民"，沈樹寶 1°(1.南京工業(yè)大學國家生化工程技術研究中心,江蘇南京210009; 2.南京工業(yè)大學材料科學與工程學院,江蘇 南京210009)摘要:采用高效化學 方法對生活污水進行處理,達到快速處理并回用的目的。實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,反應時間60 min,過氧化氫的加人量0.08%(體積分數(shù)),COD去除率達到79.3%。經(jīng)過后續(xù)混凝、化學脫氮等步驟,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。關鍵詞:微電解; Fenton 氧化;生活污水中圖分類號: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微電解技術是指零價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可行性和社會價形成原電池,依靠零價金屬的還原作用,混凝吸附作值。針對目前生活污水處理普遍存在的問題:基建費用",電化學反應的氧化還原作用2對廢水進行處理的用高，占地面積大,處理時間長，受外部環(huán)境影響大技術。鐵由于價格低廉易得,作為微電解材料已經(jīng)在的缺點。本課題組采用以微電解-Fenton 氧化為主要染料、印染、農(nóng)藥、制藥叫等工業(yè)廢水的預處理中有了步驟的化學方法對生活污水進行處理,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(shù)有機物,能將大分子有機物降解為小分子有機物或?qū)嶒炍鬯畞碜阅暇┦心澄鬯幚韽S, 污水的水質(zhì)完全礦化回，具有操作簡單、反應迅速,且無二次污染如表1所示。等優(yōu)點"。生活污水具有污染來源簡單,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,從技術和成本角度考慮,生生活污水處理流程如圖1所示:生活污水經(jīng)過隔《環(huán)境科學與技術)編輯部:(網(wǎng)址):p:s/chinajuma net.en(電話)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項(2008ZX07101-003- -02-05);江蘇省環(huán)?？蒲姓n題(2009002)作者簡介: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)025-83587349(電子信箱)zsbshen@126.com.第7期魏基業(yè),等城鎮(zhèn)生活污水高效化學處理技術研究柵去除大顆粒固體之后進人廢水調(diào)節(jié)池,用硫酸調(diào)節(jié)液時，鑄鐵屑自身可以構成-一個完整的微電池回路,pH進入微電解反應柱。微電解出水調(diào)pH后進入形成無數(shù)個腐蝕微電池;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,鐵屑與碳顆粒接觸形成外部原電池,加速鑄化劑催化過氧化氫分解產(chǎn)生.OH。氧化出水經(jīng)通過加鐵屑的腐蝕圖;并且鑄鐵屑表面粗糙,比表面積較大，人氫氧化鈣調(diào)pH至8~10并加人0.3%o的聚丙烯酰胺形成原電池的數(shù)量也相對較多,因此微電解材料選用(PAM)進行混凝?；炷恋砗蟮纳锨逡和ㄟ^折點氯化鑄鐵屑。法進行脫氮處理,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(diào)至4,反應時間為120min,考察不同兩個主要步驟作為研究對象,并對其參數(shù)進行優(yōu)化。鐵炭比對微電解效果的影響，實驗在燒杯中進行,實表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(diào)節(jié)池二微電解國一通節(jié)酒-2(反沖進水1(2060min8010120出水-情水池一化學脫佩池一混凝沉淀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，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。鐵炭比過高或者過低都會導酸鹽的測定方法:鉬銻抗分光光度法;五日生化需氧致原電池的數(shù)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，反應時間定為120min,設定6個不同的反應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行考察,實驗結果如圖圖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,在進水COD為250 mg/L的時去除率都在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,浸沒在廢水溶氫電位有較大的影響,進水的pH越低,發(fā)生析氫腐蝕8環(huán)陀升學與技術第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,水中的的電極電位,加大微電池的電位差,促進電極反應的進H+濃度過高，F(xiàn)enton反應Fe*+HO2'- +Fe2*+O2+H*行,從而提高處理效果。但當反應體系中H的濃度過受到抑制，F(xiàn)e+不能順利地被還原為Fe2t,催化反應高時,消耗硫酸過多增加了成本,同時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過氧化氫的加入量對Fenton氧化的影響2.4時間對微電解反應的影響設定反應的pH值為3,反應時間為100 min,考察設定鐵炭比為1 : 1,反應pH值為4,反應時間分過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420304050607080一t/min圖7過氧化氫的加入量對COD的去除率的影響Fig.7 Influence of H2O2 addition amount on the removal rate ofCOD2(20120由圖7可知隨著過氧化氫加入量的增大,COD圖5反應時間對COD的去除率的影響的去除率呈現(xiàn)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(shù))時COD的去除率達到最大值82.1%。分析原結果表明:隨著時間的增加,COD的去除率呈逐因:當過氧化氫的加入量較少時產(chǎn)生.OH的數(shù)量自然漸升高的趨勢，在反應時間80min時可以達到較少;但是H2O2作為.OH的捕捉劑也會消耗.OH,使53.1%,在反應時間120 min的時候,COD的去除率最氧化速率下降,因此過氧化氫的用量過高時,也會使大到達57.1%，鑒于80 min之后COD去除率增長幅有機物的降解產(chǎn)生影響。因此確定Fenton氧化的最佳度很小，反應時間定為80 min。過氧化氫的加入量為0.08%(體積分數(shù))。2.5 pH 對Fenton氧化的影響2.7反應時間對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,過氧化氫的加入量為0.08%解出水作為原水進行Fenton氧化實驗,設定反應時間(體積分數(shù))，考察反應時間對Fenton氧化的影響,實.為100 min,過氧化氫(30%)的加入量為0.08%(體積驗結果如圖8所示。分數(shù)),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,在反應時間60min時COD去除率結果表明:pH值在3時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過高或過低都會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值過高時,0H會直接抑制.OH的生時間為60 min。成，同時也因為Fe*和Fe2t會以氫氧化物的形式沉淀3后續(xù)處理 工藝及水質(zhì)分析第7期魏基業(yè),等城鎮(zhèn)生活污水高 效化學處理技術研究9根據(jù)微電解和Fenton的最佳反應條件對污水進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(diào)pH值到8~10,并加人3%o的聚丙烯酰胺進[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化學脫氮,回調(diào)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L"環(huán)境科學,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)過高效化學處理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.通過高效化學方法對生活污水進行處理回用。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)大學學報(自然科學版) ,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,反應時間60 min,Forestry University(Natural Science Edition) , 2004 ,28(1):.過氧化氫(30%)的加入量0.08%(體積分數(shù)),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,蔣林時光Fenton試劑協(xié)同Ti0,對苯酚廢水降水經(jīng)過混凝沉淀、化學脫氮等步驟水質(zhì)達到城市污水解加速作用的研究[0.長春理工大學學報,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個處理過程在3 h之內(nèi)完成,具有良好的應用前景。function of photocatalytic degradation of phenol by Fentonreagent with anatase titanium dioxide[J]. 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