随着废水排放标准要求的提高,越来越多的企业选择将废水进行深度处理后回用,但由于工业废水的复杂性,仅靠单一技术很难处理达到回用要求,本实验进行了利用Fenton与超声空化技术联合深度处理炼油废水外排水的研究。
1、废水来源及水质
试验废水来源于某炼油厂污水厂标准排放口废水,废水水质如表1:
2、仪器和设备
3、分析方法
4、试验方法及结果
4.1 H2O2投加量对处理效果的影响
本试验中,选取炼油废水处理后外排水为研究对象,取7份水样,每份200mL。将这些水样置入三角锥形瓶后,加入FeSO4溶液并放置在超声反应器中,使水样中Fe2+的浓度为300mg/L。同时,在上述水样中分别加入4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL的0.3%H2O2。在59kHz,150W的超声环境中反应1h。对水样进行分析,结果如图1、图2。
根据图1,当分别加入H2O24~10mL,TP去除率均超过95%,变化不显著。可知,H2O2投加量变化对除磷效果影响不大。但其对COD处理却有显著影响。当分别加入H2O24~8mL时,COD处理效果与投加量呈正相关;且在8mL时,COD处理效果佳。但H2O2投加量超过8mL,COD处理率反而下降。有机物的降解与Fenton试剂中•OH有关。H2O2投加量过低,•OH不足;当H2O2投加量适合,在超声波和Fe2+作用下,产生足量•OH。此时,COD处理效果显著。H2O2过多,则会对•OH的生成造成抑制,反而导致COD处理率下降[8,9]。
图2可知,H2O2投加量与水样中NH3-N浓度呈负相关;而与NO3-N浓度呈正相关。当加入H2O29mL、10mL时,后二者浓度变化趋于稳定。这是由于部分NH3-N在反应中转化为NO3-N。由图1、2可知,在各水样中加入0.3%H2O28mL时,COD和NH3-N的去除效果均为佳。
4.2 Fe2+投加量对处理效果的影响
与4.1节相同,取6份水样,加入FeSO4溶液后放置在超声反应器中,并分别投加0.3%H2O28mL。使6份水样中Fe2+的浓度分别达到60mg/L、90mg/L、120mg/L、150mg/L、180mg/L、200mg/L。同时,在上述水样中分别加8mL0.3%H2O2。在4.1节相同的条件中进行超声反应1h后对水样进行分析,结果如图3、图4。
由图3,Fe2+浓度加大,COD去除率先增加后减小,Fe2+浓度达150mg/L去除效果佳。而TP处理效果与Fe2+浓度变化关系不大,其处理率始终处于高位。
图4可知,当Fe2+浓度在60~120mg/L时,NH3-N浓度变化与之呈正相关;而当其浓度达到120mg/L,NH3-N浓度趋于稳定。而NO3--N浓度变化情况则正好相反。这是由于部分NH3-N被氧化成NO3-N。而Fe2+量的增加,制约了NO3-N的生成。因此,当Fe2+投加量在150mg/L时,可实现佳的有机物降解效果。
4.3 废水pH值对处理效果的影响转化
取与4.1节相同水样7份,每份200mL,分别调节pH值到4、5、6、7、8、9、10。将上述水样置入三角锥形瓶,加入FeSO4溶液并放置在超声反应器中。使得水样中Fe2+的浓度为150mg/L。同时,在上述水样中分别加8mL0.3%H2O2。在与上节相同条件下反应1小时,对水样进行分析,结果如图5、图6。
图5可知,pH值在4~9时,水样COD去除效果与pH值呈负相关,且当pH为4时,去除效果佳。仅当pH值为10时,COD去除率有所提升。而TP的去除率受pH值变化影响不大,始终超过95%。
图6可知,当初始水样pH在4~7时,NH3-N浓度随pH升高而减小;且当pH=7时,其浓度低。而当pH在7~9时,NH3-N浓度随pH升高而增大;而当pH>9,其浓度反而降低。而当水样pH在4~8时,NH3-N浓度随pH升高而增。当水样pH4~8时,废水中NO3--N浓度随pH升高而增加,且当pH=8时,浓度高。但在pH>8时,其浓度随pH升高而降低。当水样酸度过高,NH3-N转化成NO3—N的效率不足;同时,在工程应用过程中容易发生设备腐蚀的问题。由此使得出水电导率超标,且投加药量增加。因此,本试验确定pH为5时为佳处理条件。
4.4 超声波功率对处理效果的影响
取水样6份,每份200mL,并将水样pH值均调至5。将上述水样置入三角锥形瓶,加入FeSO4溶液并放置在超声反应器中。使得水样中Fe2+的浓度为150mg/L。同时,在上述水样中分别加8mL0.3%H2O2。使上述水样分别在超声反应器功率为62.5W、87.5W、125W、150W、175W、212.5W,59KHz的条件下反应。反应1h后,对水样进行分析,结果如图7、图8。
图7可知,COD去除率与超声功率成正相关,而当超声功率低于125W时,二者近似呈线性相关;而此后,功率增加而COD去除率增速趋缓。而在上述反应条件中,TP去除率保持在较高水平,且与功率变化相关性很小。
由图8,NH3-N浓度与超声功率呈正相关,但其浓度增加缓慢。而NO3—N浓度几乎不受超声功率的影响。
4.5 曝气对处理效果的影响
要研究曝气对污染物处理的影响,取水样3份,每份200mL,分别编号水样1、2、3。将上述水样pH值均调至5后置入三角锥形瓶。对水样2进行曝气,停止后加入FeSO4。而水样3则是先加入FeSO4后开始曝气至试验完成。对3个水样分别投加8mL的0.3%H2O2,并在功率125W、频率59KHz的条件下进行超声反应。反应1h后,对水样进行取样分析,结果如图9。
由图9可知,水样3在试验过程中保持曝气,其对COD去除效果差。而试样2则是在试验前进行曝气,COD去除效果较好。试样1则是空白样,但对COD去除效果好。因此,可以得出结论:对于本试验废水,无需进行曝气。
4.6 超声时间对处理效果的影响
与其余章节相同,取废水水样1600mL,将pH值调至5。将这些水样置入2L烧杯后,加入FeSO4溶液并放置在超声反应器中。使得水样中Fe2+的浓度为150mg/L。对该水样投加8mL0.3%H2O2,并在功率150W、频率59KHz的条件下进行超声反应。在开始反应后的10min、20min、30min、40min、50min、60min、90min、120min进行取样分析。