阻燃布廢水除磷微電解-芬頓工藝

　　PROBAN阻燃布的生產(chǎn)常利用四羥甲基氯化磷(THPC)進(jìn)行處理，其工藝過程一般是浸軋―烘干―氨熏―氧化―水洗，該工藝產(chǎn)生含磷廢水.一般含磷廢水除磷的方法有生化法、物理法、化學(xué)法或電化學(xué)法，例如厭氧或好氧活性污泥法、臭氧氧化、Fenton氧化、黏土吸附、反滲透工藝、混凝沉淀、微電解等.本文研究了鐵碳微電解聯(lián)用Fenton氧化去除含THPC的阻燃布生產(chǎn)廢水，著重研究了鐵碳微電解處理該類廢水的影響因素，并對各影響因素進(jìn)行了顯著性分析.

　　1、試驗(yàn)方法

　　鐵碳微電解法是基于鐵的電化學(xué)腐蝕原理，將鐵屑、炭粒浸泡在電解質(zhì)溶液中形成無數(shù)微小的腐蝕原電池來處理廢水，一般認(rèn)為其具有絮凝、吸附、卷掃、共沉、電化學(xué)還原等多種作用.鐵屑在電解質(zhì)溶液中作為陽極被腐蝕，而炭粒作為陰極，反應(yīng)體系中產(chǎn)生大量有較強(qiáng)活性的Fe2+、H?，可使廢水中有機(jī)物的結(jié)構(gòu)和特性發(fā)生變化，因此對有機(jī)物具有斷鏈、開環(huán)等作用.Fenton氧化是一種高級氧化方法，在酸性條件下，H2O2在Fe2+的催化作用下產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基(?OH)，F(xiàn)e2+來源于鐵碳微電解反應(yīng).?OH與大多數(shù)有機(jī)污染物都可以發(fā)生快速的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，無選擇性地把有害物質(zhì)氧化成CO2、H2O或礦物鹽，無二次污染.

　　2、原料的預(yù)處理

　　廢鐵屑先在熱的肥皂水中浸泡去除表面油污，洗凈后在5%稀鹽酸中浸泡30min以去除表面氧化層，洗凈備用.

　　活性炭采用市售椰殼活性炭，粒度約2~3mm.預(yù)先在需處理廢水中浸泡1d，使其吸附飽和，再洗凈備用，以降低活性炭吸附對鐵碳微電解反應(yīng)的影響.

　　廢水的預(yù)處理根據(jù)試驗(yàn)需要添加5%的稀硫酸調(diào)節(jié)pH值，用phs-3C型酸度計(jì)測定，原水的pH=6.

　　3、單因素分析

　　綜合文獻(xiàn)所述鐵碳微電解的影響因素分析，選擇鐵碳質(zhì)量比、反應(yīng)時(shí)間、曝氣量、原水pH值作為變量，繪制出各變量的單因素影響曲線以確定本次試驗(yàn)的最佳條件.鐵碳投加量固定按所處理廢水量體積的5%進(jìn)行投加.Fenton法處理經(jīng)鐵碳微電解處理后廢水上清液時(shí)，H2O2添加量為0.4%，即每升廢水中加入約13L體積分?jǐn)?shù)為30%的H2O2.

　　3.1 不同鐵碳質(zhì)量比的除磷效果

　　調(diào)節(jié)pH=4，反應(yīng)時(shí)間為60min，曝氣量1.5L?min-1，鐵屑和活性炭在反應(yīng)體系中形成鐵-炭原電池，達(dá)到去除廢水中污染因子的效果.取鐵炭質(zhì)量比5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1，試驗(yàn)結(jié)果見圖1.

　　從圖1可以看出，當(dāng)鐵碳質(zhì)量比增大時(shí)，廢水中總磷的去除率呈現(xiàn)不斷增大趨勢，分析考慮，原因?yàn)殍F的增多使體系中產(chǎn)生了更多的原電池，處理能力逐步加強(qiáng).但是當(dāng)鐵碳比大于10∶1時(shí)，處理效率的提升是很緩慢的，從廢水處理的經(jīng)濟(jì)性考慮，選取適當(dāng)?shù)蔫F碳質(zhì)量比為10∶1.

　　3.2 不同曝氣量的除磷效果

　　固定pH=4，鐵碳質(zhì)量比為10∶1，反應(yīng)時(shí)間為60min，不同曝氣量0.5、1、1.5、2、3L?min-1，試驗(yàn)結(jié)果如圖2.

　　從圖2可以看出，曝氣量增加能夠提高磷的去除率，但是曝氣量達(dá)到1L?min-1時(shí)，處理效果提升變得緩慢，繼續(xù)增大曝氣量時(shí)，處理效果反而有下降的趨勢，考慮是過量曝氣導(dǎo)致Fenton反應(yīng)不能順利進(jìn)行，影響了處理效果.綜合考慮選擇最佳曝氣量為1.5L?min-1.

　　3.3 不同反應(yīng)時(shí)間的除磷效果

　　固定pH=4，鐵碳質(zhì)量比10∶1，曝氣量1.5L?min-1，在不同反應(yīng)時(shí)間30、45、60、75、90min下的試驗(yàn)結(jié)果如圖3.

　　從圖3可以看出，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間越長，廢水中總磷的去除率越高.分析考慮是隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，鐵碳微電解反應(yīng)越完全，并且在此過程中更多的Fe(0)轉(zhuǎn)化為Fe2+，而Fe2+正是后續(xù)Fenton反應(yīng)所必需.反應(yīng)60min后，處理效率提升緩慢，因此取最佳反應(yīng)時(shí)間為60min.

　　3.4 不同廢水pH值時(shí)的除磷效果

　　固定鐵碳質(zhì)量比10∶1，反應(yīng)時(shí)間60min，曝氣量1.5L?min-1，考慮到后續(xù)Fenton法在中性或堿性條件下Fe2+不能激發(fā)H2O2產(chǎn)生羥基自由基?OH，只能在酸性條件下發(fā)生作用，廢水的pH值根據(jù)原水情況進(jìn)行加酸調(diào)整pH=2、3、4、5、6，結(jié)果見圖4.

　　從圖4可以看出，在pH值為3~4時(shí)，處理效果最好，考慮是由于廢水越接近中性，后續(xù)Fenton反應(yīng)處理效果越差導(dǎo)致最終去除率降低，因此調(diào)節(jié)廢水pH=4為最佳.

　　4、正交試驗(yàn)分析

　　通過單因素試驗(yàn)確定了各變量的適合條件，為確定在沒有加入H2O2時(shí)，各因素對處理廢水除磷的影響主次順序，選擇了四因素三水平的正交試驗(yàn)，表1為因素水平，表2為試驗(yàn)結(jié)果.

　　從表2可以看出，極差大小順序依次為RpH>Rt>Rr>RQ，說明在鐵碳微電解處理廢水時(shí)，廢水pH對去除效果的影響最大，其次是反應(yīng)時(shí)間的影響，而曝氣量對去除磷的作用影響最小.由于曝氣量Q各水平間極差最小，將該列取為誤差列，對正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3.

　　查F-分布臨界值表，F(xiàn)0.01(2，2)=99.01<因素pH的F比值，因此pH值的改變對結(jié)果存在極顯著的影響;F0(.12，2)=9.00<反應(yīng)時(shí)間的F比值，因此反應(yīng)時(shí)間的改變對結(jié)果存在顯著的影響;而鐵碳質(zhì)量比和曝氣量則對結(jié)果影響無顯著差異.

　　5、結(jié)論與討論

　　1)鐵碳微電解和Fenton氧化聯(lián)用對阻燃布廢水除磷效果比較理想，磷去除率能達(dá)到90%以上.

　　2)僅利用鐵碳微電解法處理廢水時(shí)，廢水的pH值和反應(yīng)時(shí)間應(yīng)該是著重考慮的因素.

　　3)試驗(yàn)中固定了鐵碳投加量和H2O2的投加量，無法確定這兩個(gè)因素對反應(yīng)結(jié)果的影響，這是下一步需要嘗試的方向.(來源：河南省科學(xué)院 化學(xué)研究所有限公司)