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CN112158941A - 一种芬顿优化氧化处理废水的方法 - Google Patents

一种芬顿优化氧化处理废水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于废水处理技术领域，公开了一种芬顿优化氧化处理废水的方法。该处理方法是通过控制双氧水和硫酸亚铁的加入点、加入量和pH调节点，能够有针对性的对废水中有机物进行降解。该处理方法操作简单，能够让芬顿反应更多的正向处理方向进行，减少双氧水、亚铁离子、前期调酸用量、后期调碱的用量，提高药品利用率，降低处理成本，使芬顿反应更为彻底，进而解决优化废液处理时加药量大且去除效果差的问题。

Description

一种芬顿优化氧化处理废水的方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种芬顿优化氧化处理废水的方法。
背景技术
一些现代工业在其操作过程中会产生高COD废水。COD用于表征废水中的可氧化物质的量，指的是废水的化学需氧量，又称化学耗氧量。芬顿(Fenton)反应能氧化去除废水中的可氧化物质(如难降解有机物等)，有效处理废水，降低废水COD。
芬顿氧化的原理是亚铁离子与过氧化氢结合，形成具有高反应活性的羟基自由基。羟基自由基的氧化性极强，是氧的大约两倍，位于原子氧和氟之间，因此其能与例如大多数有机物作用使这些有机物降解，并最终可以将有机物氧化为水和二氧化碳。
一直以来，人们对芬顿反应进行了深入研究。例如，相关文件中“芬顿氧化法去除高含盐水中COD的试验研究”一文中介绍了芬顿氧化法处理水中COD的反应机理，对其处理高含盐尾水中COD的效果进行了实验研究。该文件表明，在其实验中，在常温下，向试验用原水样中投加适量的H2O2和Fe2+，COD去除率最高可达到33％。
传统芬顿工艺中，芬顿反应后会在体系中加碱调节pH值，使得体系中沉淀出大量铁泥，也称为“芬顿铁泥”。“芬顿铁泥”是指芬顿氧化单元中处理废水后得到的含铁沉淀物，其主要成分一般为氢氧化铁。芬顿铁泥可归类为危险固废，如果直接进入垃圾填埋场，会造成二次污染。
相关技术中公开了一种芬顿氧化处理装置及处理高COD废液的方法。该方法包括调节废液的pH、向废液投加铁的硫酸盐、待铁的硫酸盐溶解后，再经一次或分批次投加双氧水。该申请声称双氧水分批次投加可以减少硫酸亚铁的投加量，减少铁泥的量。为了实现双氧水的分批次添加，其使用包括以串联形式连接的第一芬顿反应容器、第二芬顿反应容器和第三芬顿反应容器的装置，并且所述第一芬顿反应容器的出口、所述第二芬顿反应容器的出口和所述第三芬顿反应容器的出口均与絮凝沉淀容器相连；或者其设置双氧水加料泵按特定比例分批向芬顿反应器投加双氧水。该方案是通过加入含铁的硫酸，减少硫酸亚铁的投加量，减少铁泥的量，该方法需要多级操作，操作相对复杂。
传统方法从反应开始就进行芬顿反应，是将废水PH调节至3-4，加入亚铁离子再加入双氧水，双氧水和亚铁离子反应生成的羟基自由基对废水进行降解。芬顿反应会产生三价铁离子，不可避免的会对双氧水催化分解造成浪费，且氧化反应放热，温度越高铁离子浓度越高，双氧水分解速率越快，浪费越多；多数氧化反应会产生酸性物质降低PH，如前期就将PH调至3-4，反应过程中生成的酸性物质会使PH减低，一些物料反应过程PH降低至1甚至更低，影响反应进行，甚至停止反应。因此，希望改良芬顿工艺，以减少芬顿铁泥的产生。
在废水处理领域中，仍然希望进一步改进芬顿氧化工艺，提高芬顿氧化工艺减少废水COD的效率，同时减少铁泥形成的废水处理方法成了重点关注的问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种芬顿优化氧化处理废水的方法。
本发明所采用的技术方案为：一种芬顿优化氧化处理废水的方法，所述处理方法包括如下步骤：
在废水中加入氧化剂进行反应，反应完成后调节pH并加入亚铁盐溶液搅拌；
搅拌之后再次加入氧化剂进行反应，反应完成后加碱性调节剂调节pH，之后加入絮凝剂和助凝剂，静沉，排除上清液，沉淀物经压滤后排出装置，完成废水的处理。
作为优选地，所述氧化剂包括双氧水。
作为优选地，所述在废水中加入氧化剂进行反应时，废水与氧化剂的用量体积比为1-2：0.1-1；
所述反应时长包括30-80分钟，优选为45-70分钟，进一步优选为60分钟。
作为优选地，所述在废水中加入氧化剂进行反应，反应完成后调节pH并加入亚铁盐溶液搅拌时，亚铁盐溶液包括硫酸亚铁溶液；
所述硫酸亚铁溶液中硫酸亚铁的质量浓度为20％-25％；
所述调节pH值至3-4；
所述硫酸亚铁溶液与废水用量的质量比为0.1-1:10-100；
所述搅拌时长包括4-15分钟，优选为6-12分钟，进一步优选为10分钟。
作为优选地，所述之后再次加入氧化剂进行芬顿反应，再次加入氧化剂与废水的体积比为10％-40％；
所述反应时长包括1-3小时，优选为1.5-2.5小时，进一步优选为2小时。
作为优选地，所述之后再次加入氧化剂进行芬顿反应，反应完成后加碱性调节液调节pH中，碱性调节剂包括氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液和氢氧化钙水溶液中的一种或多种。
所述调节pH值至8-9。
作为优选地，所述絮凝剂包括聚合氯化铝、明矾、碱式氯化铝、三氯化铁、聚合硫酸铁和硫酸铝中的一种或多种。
作为优选地，所述助凝剂包括聚丙烯酰胺、膨润土，硅藻土，活性炭，氧化钙和氢氧化钙中的一种或多种。
作为优选地，所述之后加入絮凝剂和助凝剂，静沉中，絮凝剂和助凝剂的总质量与废水质量比不高于0.5％-5％；
所述絮凝剂和助凝剂的质量比为1-3：1-2。
作为优选地，所述静沉时长包括30-120分钟，优选为45-100分钟，进一步优选为60分钟。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种芬顿优化氧化处理废水的方法，该处理方法是通过控制双氧水和硫酸亚铁的加入点、加入量和pH调节点，能够有针对性的对废水中有机物进行降解。该处理方法操作简单，能够让芬顿反应更多的正向处理方向进行，减少双氧水、亚铁离子、前期调酸用量、后期调碱的用量，提高药品利用率，降低处理成本，使芬顿反应更为彻底，进而解决优化废液处理时加药量大且去除效果差的问题。
附图说明
图1是上述该芬顿优化氧化处理废水的方法实施例的一种具体实施方式的反应流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步阐释。本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件进行。所用试剂均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
一种芬顿优化氧化处理废水的方法，该处理方法包括如下步骤：
在废水中加入双氧水进行反应，待反应30分钟后，由于此时能被双氧水氧化的废水浓度很低，因此反应速率明显下降，让残余的双氧水与废水物料反应30分钟，反应完成调节pH至3-4，并加入硫酸亚铁溶液(硫酸亚铁质量浓度为20％)搅拌4分钟；
之后再次加入双氧水进行反应，反应过程中控制pH不低于2，温度不高于45摄氏度，反应1小时后，加氢氧化钠水溶液(质量浓度为30％)调节pH至8-9，之后加入氯化铝和聚丙烯酰胺，静沉30分钟，排除上清液进入生化系统，沉淀物经压滤后排出装置，完成废水的处理。压滤产生的滤泥作为次生危险废物送往外界。
上述实施例在废水中加入双氧水进行反应时，相关技术人员会根据目测反应速率、测反应温度，待反应速率变慢且不再放热时，用淀粉碘化钾试纸测氧化性，试纸迅速变蓝说明双氧水已过量，剩余物料无法用双氧水氧化。
上述实施例中调节pH至3-4时，选用浓硫酸或30％氢氧化钠水溶液。
上述所有实施例在实际操作过程中，选用的压滤装置包括板框压滤机，为不锈钢材质，规格型号：X(AM)G30/870-30U，生产厂家：上海均鼎机械有限公司。对于压滤装置的选用并不仅限于上述提供的，凡是能够完成相应的压滤工作，同时对整体反应无影响的装置均属于本发明的保护范围。
上述所有实施例在实际操作过程中，选用的搅拌装置包括三维运动混合机，不锈钢材质，规格型号为SYH-30、SYH-1000，生产厂家：江阴市和荣机械有限公司。对于搅拌装置的选用并不仅限于上述提供的，凡是能够完成相应的搅拌工作，同时对原材料无影响的装置均属于本发明的保护范围。
该处理方法的反应流程如附图1所示。
实施例2：
一种芬顿优化氧化处理废水的方法，该处理方法包括如下步骤：
在废水中加入双氧水进行反应，待反应80分钟后，由于此时能被双氧水氧化的废水浓度很低，因此反应速率明显下降，让残余的双氧水与废水物料反应120分钟，反应完成调节pH至3-4，并加入硫酸亚铁溶液(硫酸亚铁质量浓度为25％)搅拌15分钟；
之后再次加入双氧水进行反应，反应过程中控制pH不低于2，温度不高于45摄氏度，反应3小时后，加氢氧化钾水溶液(质量浓度为30％)调节pH至8-9，之后加入明矾和膨润土，静沉80分钟，排除上清液进入生化系统，沉淀物经压滤后排出装置，完成废水的处理。压滤产生的滤泥作为次生危险废物送往外界。
上述实施例在废水中加入双氧水进行反应时，相关技术人员会根据目测反应速率、测反应温度，待反应速率变慢且不再放热时，用淀粉碘化钾试纸测氧化性，试纸迅速变蓝说明双氧水已过量，剩余物料无法用双氧水氧化。
上述实施例中调节pH至3-4时，选用浓硫酸或30％氢氧化钾水溶液。
该处理方法的反应流程如附图1所示。
实施例3：
一种芬顿优化氧化处理废水的方法，该处理方法包括如下步骤：
在废水中加入双氧水进行反应，待反应45分钟后，由于此时能被双氧水氧化的废水浓度很低，因此反应速率明显下降，让残余的双氧水与废水物料反应45分钟，反应完成调节pH至3-4，并加入硫酸亚铁溶液(硫酸亚铁质量浓度为20％)搅拌6分钟；
之后再次加入双氧水进行反应，反应过程中控制pH不低于2，温度不高于45摄氏度，反应1.5小时后，加氢氧化钙水溶液(质量浓度为30％)调节pH至8-9，之后加入碱式氯化铝和硅藻土，静沉45分钟，排除上清液进入生化系统，沉淀物经压滤后排出装置，完成废水的处理。压滤产生的滤泥作为次生危险废物送往外界。
上述实施例在废水中加入双氧水进行反应时，相关技术人员会根据目测反应速率、测反应温度，待反应速率变慢且不再放热时，用淀粉碘化钾试纸测氧化性，试纸迅速变蓝说明双氧水已过量，剩余物料无法用双氧水氧化。
上述实施例中调节pH至3-4时，选用浓硫酸或30％氢氧化钙水溶液。
该处理方法的反应流程如附图1所示。
实施例4：
一种芬顿优化氧化处理废水的方法，该处理方法包括如下步骤：
在废水中加入双氧水进行反应，待反应70分钟后，由于此时能被双氧水氧化的废水浓度很低，因此反应速率明显下降，让残余的双氧水与废水物料反应100分钟，反应完成调节pH至3-4，并加入硫酸亚铁溶液(硫酸亚铁质量浓度为25％)搅拌12分钟；
之后再次加入双氧水进行反应，反应过程中控制pH不低于2，温度不高于45摄氏度，反应2.5小时后，加氢氧化钾水溶液(质量浓度为30％)调节pH至8-9，之后加入三氯化铁和活性炭，静沉70分钟，排除上清液进入生化系统，沉淀物经压滤后排出装置，完成废水的处理。压滤产生的滤泥作为次生危险废物送往外界。
上述实施例在废水中加入双氧水进行反应时，相关技术人员会根据目测反应速率、测反应温度，待反应速率变慢且不再放热时，用淀粉碘化钾试纸测氧化性，试纸迅速变蓝说明双氧水已过量，剩余物料无法用双氧水氧化。
上述实施例中调节pH至3-4时，选用浓硫酸或30％氢氧化钾水溶液。
该处理方法的反应流程如附图1所示。
实施例5：
一种芬顿优化氧化处理废水的方法，该处理方法包括如下步骤：
在废水中加入双氧水进行反应，待反应60分钟后，由于此时能被双氧水氧化的废水浓度很低，因此反应速率明显下降，让残余的双氧水与废水物料反应100分钟，反应完成调节pH至3-4，并加入硫酸亚铁溶液(硫酸亚铁质量浓度为20％)搅拌10分钟；
之后再次加入双氧水进行反应，反应过程中控制pH不低于2，温度不高于45摄氏度，反应2小时后，加氢氧化钠水溶液(质量浓度为30％)调节pH至8-9，之后加入硫酸铝和氢氧化钙，静沉60分钟，排除上清液进入生化系统，沉淀物经压滤后排出装置，完成废水的处理。压滤产生的滤泥作为次生危险废物送往外界。
上述实施例在废水中加入双氧水进行反应时，相关技术人员会根据目测反应速率、测反应温度，待反应速率变慢且不再放热时，用淀粉碘化钾试纸测氧化性，试纸迅速变蓝说明双氧水已过量，剩余物料无法用双氧水氧化。
上述实施例中调节pH至3-4时，选用浓硫酸或30％氢氧化钠水溶液。
该处理方法的反应流程如附图1所示。
双氧水：双氧水浓度30％，生产厂商：淮南淮瑾化工产品销售有限公司。
浓硫酸：浓硫酸浓度98％，生产厂商：淮南淮瑾化工产品销售有限公司。
氢氧化钠水溶液：氢氧化钠浓度30％，生产厂商：淮南淮瑾化工产品销售有限公司。
絮凝剂：絮凝剂为PAC配制浓度为10％，生产厂商：淮南淮瑾化工产品销售有限公司。
助凝剂：助凝剂为PAM配制浓度为0.1％，生产厂商：淮南淮瑾化工产品销售有限公司。
硫酸亚铁溶液：硫酸亚铁溶液配制浓度20％，生产厂商：淮南淮瑾化工产品销售有限公司。
实验例
实验方法：选用上述实施例1中的废水处理方法作为实验组。
对照组:传统芬顿法处理工艺。
实验检测方法：重铬酸钾法测定COD。
化学需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，化学需氧量(COD)又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。化学需氧量(COD)的测定，随着测定水样中还原性物质以及测定方法的不同，其测定值也有不同。目前应用最普遍的是酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法。高锰酸钾(KMnO4)法，氧化率较低，但比较简便，在测定水样中有机物含量的相对比较值及清洁地表水和地下水水样时，可以采用。重铬酸钾(K2Cr2O7)法，氧化率高，再现性好，适用于废水监测中测定水样中有机物的总量。
实验中选用的三种不同的物料分别是：三种物料分别是A、B、C三种高COD物料。
处理前数据代表：处理前数据是进行处理前通过实验检测出的数据。
处理后数据代表：处理后数据是经过本方法处理后的废水经检测出的数据，用以验证处理效果。
实验结果：
Figure BDA0002722474060000101
上述实验结果数据显示，上述实施例中提供的优化芬顿法方法较直接芬顿法，不同物料处置效果相同时，硫酸节省3.4％-7.7％，双氧水节省6.7％-12％，液碱节省2.8％-8.2％，物料COD越高优化方法的效果越明显。
本发明提供了一种芬顿优化氧化处理废水的方法，该处理方法是通过控制双氧水和硫酸亚铁的加入点、加入量和pH调节点，能够有针对性的对废水中有机物进行降解。该处理方法操作简单，能够让芬顿反应更多的正向处理方向进行，减少双氧水、亚铁离子、前期调酸用量、后期调碱的用量，提高药品利用率，降低处理成本，使芬顿反应更为彻底，进而解决优化废液处理时加药量大且去除效果差的问题。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本领域的普通技术人员应当理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，与此同时这些修改或者替换，并不会使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种芬顿优化氧化处理废水的方法，其特征在于，所述处理方法包括如下步骤：
在废水中加入氧化剂进行反应，反应完成后调节pH并加入亚铁盐溶液搅拌；
搅拌之后再次加入氧化剂进行反应，反应完成后加碱性调节剂调节pH，之后加入絮凝剂和助凝剂，静沉，排除上清液，沉淀物经压滤后排出装置，完成废水的处理。
2.根据权利要求1所述的一种芬顿优化氧化处理废水的方法，其特征在于，所述氧化剂包括双氧水。
3.根据权利要求1所述的一种芬顿优化氧化处理废水的方法，其特征在于，所述在废水中加入氧化剂进行反应时，废水与氧化剂的用量体积比为1-2：0.1-1；
所述反应时长包括30-80分钟，优选为45-70分钟，进一步优选为60分钟。
4.根据权利要求1所述的一种芬顿优化氧化处理废水的方法，其特征在于，所述在废水中加入氧化剂进行反应，反应完成后调节pH并加入亚铁盐溶液搅拌时，亚铁盐溶液包括硫酸亚铁溶液；
所述硫酸亚铁溶液中硫酸亚铁的质量浓度为20％-25％；
所述调节pH值至3-4；
所述硫酸亚铁溶液与废水用量的质量比为0.1-1:10-100；
所述搅拌时长包括4-15分钟，优选为6-12分钟，进一步优选为10分钟。
5.根据权利要求1所述的一种芬顿优化氧化处理废水的方法，其特征在于，所述之后再次加入氧化剂进行芬顿反应，再次加入氧化剂与废水的体积比为10％-40％；
所述反应时长包括1-3小时，优选为1.5-2.5小时，进一步优选为2小时。
6.根据权利要求1所述的一种芬顿优化氧化处理废水的方法，其特征在于，所述之后再次加入氧化剂进行芬顿反应，反应完成后加碱性调节液调节pH中，碱性调节剂包括氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液和氢氧化钙水溶液中的一种或多种。
所述调节pH值至8-9。
7.根据权利要求1所述的一种芬顿优化氧化处理废水的方法，其特征在于，所述絮凝剂包括聚合氯化铝、明矾、碱式氯化铝、三氯化铁、聚合硫酸铁和硫酸铝中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种芬顿优化氧化处理废水的方法，其特征在于，所述助凝剂包括聚丙烯酰胺、膨润土，硅藻土，活性炭，氧化钙和氢氧化钙中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种芬顿优化氧化处理废水的方法，其特征在于，所述之后加入絮凝剂和助凝剂，静沉中，絮凝剂和助凝剂的总质量与废水质量比不高于0.5％-5％；
所述絮凝剂和助凝剂的质量比为1-3：1-2。
10.根据权利要求1所述的一种芬顿优化氧化处理废水的方法，其特征在于，所述静沉时长包括30-120分钟，优选为45-100分钟，进一步优选为60分钟。
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