煉油廢水深度處理Fenton與超聲空化聯(lián)合技術(shù)

隨著廢水排放標(biāo)準(zhǔn)要求的提高，越來(lái)越多的企業(yè)選擇將廢水進(jìn)行深度處理后回用，但由于工業(yè)廢水的復(fù)雜性，僅靠單一技術(shù)很難處理達(dá)到回用要求，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了利用Fenton與超聲空化技術(shù)聯(lián)合深度處理煉油廢水外排水的研究。

1、廢水來(lái)源及水質(zhì)

試驗(yàn)廢水來(lái)源于某煉油廠污水廠標(biāo)準(zhǔn)排放口廢水，廢水水質(zhì)如表1：

2、儀器和設(shè)備

3、分析方法

4、試驗(yàn)方法及結(jié)果

4.1 H2O2投加量對(duì)處理效果的影響

本試驗(yàn)中，選取煉油廢水處理后外排水為研究對(duì)象，取7份水樣，每份200mL。將這些水樣置入三角錐形瓶后，加入FeSO4溶液并放置在超聲反應(yīng)器中，使水樣中Fe2+的濃度為300mg/L。同時(shí)，在上述水樣中分別加入4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL的0.3%H2O2。在59kHz，150W的超聲環(huán)境中反應(yīng)1h。對(duì)水樣進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1、圖2。

根據(jù)圖1，當(dāng)分別加入H2O24～10mL，TP去除率均超過(guò)95%，變化不顯著。可知，H2O2投加量變化對(duì)除磷效果影響不大。但其對(duì)COD處理卻有顯著影響。當(dāng)分別加入H2O24～8mL時(shí)，COD處理效果與投加量呈正相關(guān)；且在8mL時(shí)，COD處理效果最佳。但H2O2投加量超過(guò)8mL，COD處理率反而下降。有機(jī)物的降解與Fenton試劑中?OH有關(guān)。H2O2投加量過(guò)低，?OH不足；當(dāng)H2O2投加量適合，在超聲波和Fe2+作用下，產(chǎn)生足量?OH。此時(shí)，COD處理效果顯著。H2O2過(guò)多，則會(huì)對(duì)?OH的生成造成抑制，反而導(dǎo)致COD處理率下降[8,9]。

圖2可知，H2O2投加量與水樣中NH3-N濃度呈負(fù)相關(guān)；而與NO3-N濃度呈正相關(guān)。當(dāng)加入H2O29mL、10mL時(shí)，后二者濃度變化趨于穩(wěn)定。這是由于部分NH3-N在反應(yīng)中轉(zhuǎn)化為NO3-N。由圖1、2可知，在各水樣中加入0.3%H2O28mL時(shí)，COD和NH3-N的去除效果均為最佳。

4.2 Fe2+投加量對(duì)處理效果的影響

與4.1節(jié)相同，取6份水樣，加入FeSO4溶液后放置在超聲反應(yīng)器中，并分別投加0.3%H2O28mL。使6份水樣中Fe2+的濃度分別達(dá)到60mg/L、90mg/L、120mg/L、150mg/L、180mg/L、200mg/L。同時(shí)，在上述水樣中分別加8mL0.3%H2O2。在4.1節(jié)相同的條件中進(jìn)行超聲反應(yīng)1h后對(duì)水樣進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3、圖4。

由圖3，Fe2+濃度加大，COD去除率先增加后減小，Fe2+濃度達(dá)150mg/L去除效果最佳。而TP處理效果與Fe2+濃度變化關(guān)系不大，其處理率始終處于高位。

圖4可知，當(dāng)Fe2+濃度在60～120mg/L時(shí)，NH3-N濃度變化與之呈正相關(guān)；而當(dāng)其濃度達(dá)到120mg/L，NH3-N濃度趨于穩(wěn)定。而NO3--N濃度變化情況則正好相反。這是由于部分NH3-N被氧化成NO3-N。而Fe2+量的增加，制約了NO3-N的生成。因此，當(dāng)Fe2+投加量在150mg/L時(shí)，可實(shí)現(xiàn)最佳的有機(jī)物降解效果。

4.3 廢水pH值對(duì)處理效果的影響轉(zhuǎn)化

取與4.1節(jié)相同水樣7份，每份200mL，分別調(diào)節(jié)pH值到4、5、6、7、8、9、10。將上述水樣置入三角錐形瓶，加入FeSO4溶液并放置在超聲反應(yīng)器中。使得水樣中Fe2+的濃度為150mg/L。同時(shí)，在上述水樣中分別加8mL0.3%H2O2。在與上節(jié)相同條件下反應(yīng)1小時(shí)，對(duì)水樣進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5、圖6。

圖5可知，pH值在4～9時(shí)，水樣COD去除效果與pH值呈負(fù)相關(guān)，且當(dāng)pH為4時(shí)，去除效果最佳。僅當(dāng)pH值為10時(shí)，COD去除率有所提升。而TP的去除率受pH值變化影響不大，始終超過(guò)95%。

圖6可知，當(dāng)初始水樣pH在4～7時(shí)，NH3-N濃度隨pH升高而減??；且當(dāng)pH=7時(shí)，其濃度最低。而當(dāng)pH在7～9時(shí)，NH3-N濃度隨pH升高而增大；而當(dāng)pH>9，其濃度反而降低。而當(dāng)水樣pH在4～8時(shí)，NH3-N濃度隨pH升高而增。當(dāng)水樣pH4～8時(shí)，廢水中NO3--N濃度隨pH升高而增加，且當(dāng)pH=8時(shí)，濃度最高。但在pH>8時(shí)，其濃度隨pH升高而降低。當(dāng)水樣酸度過(guò)高，NH3-N轉(zhuǎn)化成NO3―N的效率不足；同時(shí)，在工程應(yīng)用過(guò)程中容易發(fā)生設(shè)備腐蝕的問(wèn)題。由此使得出水電導(dǎo)率超標(biāo)，且投加藥量增加。因此，本試驗(yàn)確定pH為5時(shí)為最佳處理?xiàng)l件。

4.4 超聲波功率對(duì)處理效果的影響

取水樣6份，每份200mL，并將水樣pH值均調(diào)至5。將上述水樣置入三角錐形瓶，加入FeSO4溶液并放置在超聲反應(yīng)器中。使得水樣中Fe2+的濃度為150mg/L。同時(shí)，在上述水樣中分別加8mL0.3%H2O2。使上述水樣分別在超聲反應(yīng)器功率為62.5W、87.5W、125W、150W、175W、212.5W，59KHz的條件下反應(yīng)。反應(yīng)1h后，對(duì)水樣進(jìn)行分析，結(jié)果如圖7、圖8。

圖7可知，COD去除率與超聲功率成正相關(guān)，而當(dāng)超聲功率低于125W時(shí)，二者近似呈線性相關(guān)；而此后，功率增加而COD去除率增速趨緩。而在上述反應(yīng)條件中，TP去除率保持在較高水平，且與功率變化相關(guān)性很小。

由圖8，NH3-N濃度與超聲功率呈正相關(guān)，但其濃度增加緩慢。而NO3―N濃度幾乎不受超聲功率的影響。

4.5 曝氣對(duì)處理效果的影響

要研究曝氣對(duì)污染物處理的影響，取水樣3份，每份200mL，分別編號(hào)水樣1、2、3。將上述水樣pH值均調(diào)至5后置入三角錐形瓶。對(duì)水樣2進(jìn)行曝氣，停止后加入FeSO4。而水樣3則是先加入FeSO4后開(kāi)始曝氣至試驗(yàn)完成。對(duì)3個(gè)水樣分別投加8mL的0.3%H2O2，并在功率125W、頻率59KHz的條件下進(jìn)行超聲反應(yīng)。反應(yīng)1h后，對(duì)水樣進(jìn)行取樣分析，結(jié)果如圖9。

由圖9可知，水樣3在試驗(yàn)過(guò)程中保持曝氣，其對(duì)COD去除效果最差。而試樣2則是在試驗(yàn)前進(jìn)行曝氣，COD去除效果較好。試樣1則是空白樣，但對(duì)COD去除效果最好。因此，可以得出結(jié)論：對(duì)于本試驗(yàn)廢水，無(wú)需進(jìn)行曝氣。

4.6 超聲時(shí)間對(duì)處理效果的影響

與其余章節(jié)相同，取廢水水樣1600mL，將pH值調(diào)至5。將這些水樣置入2L燒杯后，加入FeSO4溶液并放置在超聲反應(yīng)器中。使得水樣中Fe2+的濃度為150mg/L。對(duì)該水樣投加8mL0.3%H2O2，并在功率150W、頻率59KHz的條件下進(jìn)行超聲反應(yīng)。在開(kāi)始反應(yīng)后的10min、20min、30min、40min、50min、60min、90min、120min進(jìn)行取樣分析。分析結(jié)果見(jiàn)圖10。

由圖10，超聲反應(yīng)10min時(shí)，COD去除率已超過(guò)50%；10～30min期間，COD去除率變化不大；而30～50min內(nèi)，COD去除率出現(xiàn)小幅度增大。并在50min時(shí)，去除率達(dá)到62.4%。超聲反應(yīng)10min后，水樣中的TP去除顯著，高達(dá)97%。且去除率與超聲時(shí)間無(wú)顯著相關(guān)。

5、結(jié)論

通過(guò)對(duì)Fenton與超聲空化技術(shù)聯(lián)合深度處理煉油廢水外排水的試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：

（1）該技術(shù)對(duì)于COD和TP有非常明顯的去除效果，可以用于對(duì)煉油廢水外排水進(jìn)行深度處理。

（2）本試驗(yàn)確定了煉油廢水處理的最佳條件：確定0.3%H2O2投加量為8mL；投加FeSO4使得水樣中Fe2+濃度為150mg/L。此外，還確定了超聲功率為125W、頻率59KHz。在反應(yīng)50min后，CODCr、TP去除率分別可以達(dá)到65%、95%以上。

（3）試驗(yàn)前和試驗(yàn)中曝氣對(duì)試驗(yàn)效果有不利影響，采用Fenton與超聲空化技術(shù)聯(lián)合深度處理煉油廢水外排水沒(méi)有必要曝氣。

（4）在處理過(guò)程中，硝酸鹽氮與氨氮存在相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。（來(lái)源：江蘇南大環(huán)?？萍加邢薰?，南京理工大學(xué)）