混凝沉淀法和Fenton氧化法组合工艺深度处理煤气化废水的实验研究.pdf

第 4 3 卷第 6 期 2 0 1 5年 1 2月 煤化工 C o a l Ch e mica l I n d u s t r y Vo 1 43 No 6 De c 2 0 1 5 混凝沉淀法和 F e n t o n氧化法组合工艺深度处理 煤气化废水 的实验研究 王春雨 乔瑞平 刘 峰 耿翠玉 王 洋 蒋 玮 王纪文 柴振鹏 博天环境集团股份有限公司研发中心 北京 1 0 0 0 8 2 摘要采用混凝沉淀和 F e n t o n试剂氧化组合工艺 对煤气化废水进行 了深度处理实验研究 经实验得出 的最优反应条件为 混凝实验最佳 p H值为 6 5 0 投加的聚合硫酸铁质量浓度为 3 0 0 m g L 混凝处理后 再调节 p H值为 3 0 3 投加过氧化氢和硫酸亚铁质量浓度分别为 5 0 0 m g L和 5 1 1 m g L 反应 7 5 m in 达到最佳的处理效 果 经组合工艺处理后 c0 D c 色度和 U v 的总去除率分别为 8 7 4 9 8 5 和 9 5 0 废水主要指标可以达到 G B 8 9 7 8 1 9 9 6 污水综合排放标准 一级排放标准 关键词煤气化废水 混凝沉淀 F e n t o n试剂 组合工艺 深度处理 文章 编号 1 0 0 5 9 5 9 8 2 0 1 5 一 0 6 0 0 4 1 0 4 中图分 类号 X 7 8 4 文献标 识码 A 煤 气化 废水 是一 种典 型 的高毒 性 高 浓度 难 生 物降解的工业废水 采用一般传统处理工艺 对煤气化 废水 的处 理效果有 限 很难达 到 国家 或地方要 求 的污 水水质 排放标准 近年来 国内外研究 人员采 用吸 附 法 混凝 法 电化学 法 F e n t o n试剂 氧化 法 生 物处理法 和其他高级氧化法 对煤气化废水处理进 行 了较 为广泛 的研究 博天 环 境 集 团 股 份 有 限 公 司 采 用 混 凝 沉 淀 和 F e n t o n试剂 氧化 组合 工艺 对煤 气化 废水 进行 了深 度处理 考察 和优 化 了各单元 处理工 艺参数及 综合处 理效果 混凝沉淀 和 F e n t o n 试剂 氧化组合 工艺 设计 合理 可依靠混凝技术 去除废水中大部分的悬浮物 胶体 组分 等大 分子 污染物质 大 幅度 降低后 续 F e n t o n 试 剂氧 化的药 剂添加 量 将使整 体 的运行 成本 降 至最低 1 实 验 1 1 实验仪器和 材料 仪 器 包 括 O r io n 3 S t a r型精 密 p H计 C T L 1 2 A C O D速测仪 S H 2 8 2 A水 浴振荡 器 U V 2 6 0 0 紫外 分光 光 度计 A L 1 0 4 一 I C电子天 平 T J 6六联 程控 混凝 实验搅 拌仪 实验所用 的药 剂包括 硫 酸 氢氧化钠 过氧化氢 H O 硫 酸亚 铁 F e S O 7 H 0 均 为分析纯 聚合硫 酸 铁 P F S 阳离子 聚丙烯酰胺 C P A M 阴离子聚丙烯 酰 胺 A P A M 两性 离子 聚丙 烯 酰胺 Z P A M 非 离 子 聚丙 烯酰胺 N P A M 等 均 为市售工业 品药剂 废 水取 自博 天环 境集 团股份 有 限公 司 的某煤 制 气工程项 目的二沉池出水 废水检测结果为 C O D 6 5 0 0 m g L 色度 4 0 0 倍 p H值 7 7 8 稀 释 l O 倍 时的测定 值 U V 吸光度 为 0 7 1 2 1 2实验过程 在室温条件 下 2 5 量取 1 0 0 m L 废水于 5 0 0 m L 烧杯 中 调节废 水 的 p H值 分 别加 入混凝 药 剂 按 照 设定的程序 在六联程控混凝实验搅拌仪 中进行反应 反应 结束 后 静 置沉 淀 3 0 m in 取上 清液 测定 C O D 色度 u V 等水质指标 评价去除效果 选取最佳的混 凝 p H 值和混凝药剂的加药量 用最优 混凝条 件处 理后 的上清 液进行 F e n t o n试 剂 氧化处理 取混凝 后 的上清液 用 质量 分数为 1 0 硫酸和 5 氢氧化钠 分别调节废水 p H值 加入一定 收稿 日期 2 0 1 5 0 7 一 O 1 作者简介 王春雨 1 9 8 7 一 女 北京 助理工程师 学士 2 0 1 1年本科毕业于北京航空航天大学环境工程专业 研究方向 为水污染控制技术 E m a i 1 3 7 9 7 4 6 3 8 0 q q co m 煤化工 2 0 1 5年第 6期 量 的 F e S O 和 H 0 常温下 在六 联混凝 实 验搅拌 仪 中 以 1 2 0 r m in的转速 搅拌 9 0 m in后 用 5 N a O H 溶 液调 节 p H值 至 1 0左 右 以终止 反应 再 次分离 得 到 上清 液 静 沉 6 0 m in后 取 样测 定水 样 的 C O D u v 色度水质指标 评价 去除效果 选取最 佳 的 F e n t o n实验 p H值 H 2 0 投加量和反应 时间 1 3分析方法 采用 G B l 1 9 0 3 8 9 水质 色度 的测定 稀 释倍 数 法 测 定 色 度 采 用 G B 1 1 9 1 4 8 9 水 质 化 学 需氧 量 的测 定 重铬酸 盐法 测 定 C O D 采用 G B 6 9 2 0 8 6 4 水 质 p H值 的测定 玻璃 电极法 测定 p H 值 用紫外分光 光度计 法测定 u V 2结果与分析 2 1 废水 混凝处理 2 1 1 不 同 p H值对废 水混凝净 化效果 的影 响 反应 在常温下进 行 用 1 0 硫 酸和 5 氢 氧化钠分 别调整废水 p H值至 4 0 3 5 1 0 6 0 3 6 5 0 7 0 1 7 5 l 7 9 1 每份 1 0 0 m L 分别投加质 量浓度为 5 0 0 m g L聚 合 硫酸 铁 P F S 0 5 m L 搅 拌 3 0 S后 向每份 废 水 中 投 加 0 5札 质 量浓度 为 5 m g L的阴离子 聚丙 烯酰胺 A P A M 按照上述 实验所述方法 进行混凝反应后 测定 废水C O D 色度 u V 如 图 1 所 示 p H 值 c0 D n 一 一色度一 一u l 图 1 p H 值对 C OD0 色 度 UV 2 5 4 去除率 的影响 从 图 1 可知 在 p H升至 6 5 0时 u V 去 除率逐 渐增 大 C O D 和 色度去 除率 缓 慢增 大 而后 随着 p H 升高 C O D 色度 和 u V 的去除 率又 均呈下 降趋 势 在 p H 值较低 时 铁离 子以铁合络 合离子状 态存在 加 入废水 中 p H升高 这些水合络合离子就会 发生配 位 水解 反应 生成各 种羟 基铁离 子 最终 将生 成氢 氧化 铁化学 沉淀物析 出 根据实验数据 在 p H 值为 6 5 0 时 去 除率 达 到 最 大值 C O D 质 量 浓 度 由初 始 的 6 5 0 0 m g L降至 2 0 4 3 m g L C O D 去除率为 6 8 6 色度 由初 始 的 4 0 0 倍降至 2 O 倍 色度去除率为 9 5 0 U V 去除率 为6 9 8 故选择 p H 6 5 0为最佳的混凝 反应 p H 值 2 1 2 P F S投加 浓度对废水 昆 凝净化效 果 的影响 反应在 常 温下进 行 用 1 0 硫 酸调 整废 水 p H 值 至 6 5 0 投加 0 5 m L P F S的质量浓度 分别 为 1 0 0 m g L 2 0 0 m g L 3 0 0 m g L 4 0 0 m g L 5 0 0 m g L 6 0 0 m g L 8 0 0 m g L 搅拌 3 0 S 后 向每份废水 中投加 0 5 m L质量浓度 为 5 m g L的 A P A M 按照 所述实验 方法 进行混 凝反应 后 测 定废 水 C O D 色度 U V P F S投加 浓度 对 C O D 色度 u V 去 除率 的影 响如图 2 所示 黯 P F S 质量浓度 m g L 一 cO D r 一 一 色度一 一u V l 图 2 P F S投加浓度对 C OD 色度 U V 去除效果的影响 从 图 2可知 在 P F S投 加质 量浓 度 3 0 0 m g L之 前 随 P F S投 加浓 度 逐 步增 大 处 理后 废 水 C O D 色 度 u V 捌 的去除率也逐渐增加 当 P F S的投加浓度不足 时 胶 体 颗粒 的电位 降较 小 无 法 有效地 碰撞 而形 成 较大的颗粒 增大 P F S 浓度 有利 于颗粒 的形成 当P F S 投加 质量浓 度在 3 0 0 m g L之 后 各项 指标 的去 除率 都不再有显著的增加 由实验测得 在 P F S 为 3 0 0 m g L 时 C O D 质 量 浓 度 由初 始 的 6 5 0 0 m g L降 至 2 0 9 9 m g L 去 除率 为 6 7 7 色度 由初始 的 4 0 0倍 降至 2 0 倍 去 除率 为 9 5 O U V 去 除率 为 6 9 2 故 从 经济 性角度考虑 选择最佳 P F S 投加质 量浓度 为 3 0 0 m g L 2 1 3 不 同 P A M种类对废 水混凝净化 效果影响 反 应在 常温 下进 行 量 取 9 0 0 m L废水 用 1 0 硫 酸调 整废 水 p H值至 6 5 O 并将 其 等 分成 9份 每份 投加 0 5 m L质量浓度 为 3 0 0 m g L的 P F S 搅拌 3 0 s 后 向每份废水 中分别投加 0 5 m L 质量浓度为 5 0 m g L 的 A P A M1 A P A M 2 A P A M 3 A P A M 4 A P A M 5 C P A M1 C P A M 2 Z P A M N P A M有机高分子 絮凝剂 按照所述实验方法 进行混 凝反应 后 测 定 反 应 后 上 清 液 的 C O D 色 度 u V 不 同种 类 P A M 对 C O D 色度 U V 去除率 的影响 如图 3 所示 从 图 3可 知 不 同种类 的高分子 有 机絮凝 剂 与 P F S复 配 效 果 基 本 类 同 C O D 去 除 率 为 6 5 7 6 8 1 色 度 去 除 率 为 9 5 0 U V 去 除率 为 6 4 2 6 9 4 由此 可 见 不 同种 类 的 P A M对 C O D 色度 U V 删没有太大 的影 响 主要起到 吸附架桥和 网捕沉 淀 作 用 2 0 1 5年 1 2月 王春 雨等 混 凝沉淀 法和 F e n t o n氧化 法组合工艺 深度处理煤气化 废水 的实验研究 一4 3一 l 00 9O 8 0 67 O0 1 O 长 辩 L 一 一 一 A P A M 1 质量浓度 m g 1 一 C 0 D m 一 一 色度 一 U V 2 舶 图 4 P F S与 A P AM1复配 后 AP AM1投加浓 度对 C OD 色度 Uv 吲 去除 率的影 响 从 图 4可 知 在 A P A M 1 质 量浓 度 为 1 0 m g L到 2 0 0 m g L的较宽 泛 范 围内 A P A M 1的投 加 浓 度对 废 水 C O D 色度 u V 去除率 的影响不大 都能达到 良 好 的去除效率 C O D 去除率 为 6 6 2 6 7 9 色度去 除率为 9 5 O u V 去除率为 6 6 2 6 7 9 与单独 采 用 P F S处理效果对 比 从经 济成本 的角度考 虑 可 以不采取 投加 有机 高分 子 絮凝剂 但 从处 理效 果来 看 投加 有机 高分 子絮凝 剂后 絮体 密实 分 离迅 速 可减少混凝反 应 的整体停 留时 间 降低混凝反 应池体 积 故投加 A P A M 1的适 当质量浓度 为 1 m g L 3 m g L 煤气 化二 沉 池 出水 中含有 较 多 的小分 子 可溶性 有机物 混凝处 理后 出水 尚不能 达到 G B 8 9 7 8 1 9 9 6 污水综合排 放标 准 一级排放 标准 因此 还需 对混 凝 法处理后 的煤气化废 水进一步深 度处理 2 2 F e n t o n试剂 氧化 法处理 混凝出水 2 2 1 p H 值对废 水氧化处 理效果影 响 在最佳条件经混凝处理后 出水 C O D 为 2 1 0 8 m g L p H 值 4 6 调 节废 水 p H值 至 2 0 5 2 5 6 3 0 3 3 5 8 4 0 8 4 5 8 6 0 0 分别量取 不同 p H 值 的废水 1 0 0 m L 再 分 别 投 加 0 5 m L质 量浓 度 为 5 0 0 m g L的 0 和 5 1 1 m g L的 F e S 0 4 7 H 2 0 以 1 2 0 r m in的转 速搅拌 9 O m in后 按 照所述实 验方法 进行 F e n t o n反应后 测 定废水 C O D 色度 u V p H 值对 C O D 色度 u V 去除 效果 的影 响如 图 5 所示 p H 值 一 一c0 D c 一 一色度 一 一u V 2 图 5 p H 值对 C OD 色 度 UV 去除效 果的影 响 从 图 5 和实验数据可知 当 p H 值为 3 0 3 时 C O B 质量浓度 由 2 1 0 8 m g L降到 8 7 0 m g L 去除率为 5 8 7 色 度 由初 始 的 2 O倍 降 至 6倍 去 除率 为 7 0 O U V 去 除率为 8 5 8 溶 液 的 p H值决 定铁 离 子在 溶液 中的存在形态及 影响 F e n t o n 试 剂氧化反应 的过程 实验结果表 明 p H 3 0 3为最佳 的反应 p H 值 2 2 2 氧化反 应时 问对废水 处理效果 影响 氧 化反应在常温 和 1 2 0 r m in转速下 进行 调整 废水 p H 值至 3 0 3 每 1 0 0 m L废水 中 分别投加 0 5 m L 质量浓度为 5 0 0 m g L H 2 0 2 和 5 1 1 m g L F e S 0 4 7 H 2 0 反应 3 0 m in 4 5 m in 6 0 m in 7 5 m in 9 0 m in 1 2 0 m in时 取 出 1 0 0 m L水样 用 5 N a 0 H溶 液调 节 p H值 至 1 O左 右 以终 止反应 按 照所述 实验 方法进行 F e n t o n反应 后 测定 废水 C O D 色度 u V 反 应 时间对 C O D 色 度 u V 去 除效 果 的影 响如图 6 所示 替 抖 图 6 反应 时 间对 C OD 色 度 uV 瑚 去除效 果的影 响 从 图 6和实 验数据 可知 反 应 时间为 7 5 m in时 废 水 C O D c 降 到 8 5 9 m g L C O D cr 去 除率 为 5 9 3 色 度 由初始的 2 O 倍 降至 6倍 色度去除率为 7 0 0 U V 拟去 除率为 8 6 5 由此 推测 反应 开始时 F C 催 化 H 0 分解产 生 的 0 H的浓度 较大 所 以反 应速 率很 煤化工 2 0 1 5年第 6 期 快 随着 反应 的进行 F e 会 逐渐 形成 絮体沉 降而减 少 了催 化剂量 故反应 时间为 7 5 m in即可 2 2 3 H 0 浓度 对废水氧化处理 效果影响 反应 在常温 下进行 调 整废水 p H值 至 3 O 3 每 1 0 0 m L 废水 中 分别投加 0 5 m L质量浓度为 2 0 0 m g L 3 0 0 m g L 4 0 0 m g L 5 0 0 m g L 6 0 0 m g L 8 0 0 m g L的H 2 0 2 并 分别投 加 Q 5 m L 质量浓度为 5 1 1 m g L的 F e S O 7 H 0 以 1 2 0 r m in的转速搅拌 9 0 m in后 按 照所述实 验方 法 进 行 F e n t o n反 应后 测定 废 水 C O D 色 度 u V H z 0 浓度 对废水 中 C O D 色度 u V 去 除效果 的影 响 如 图 7所 示 H 2 0 2 质量浓度 m g c0 D 一色度 一 一U V 2 图 7 H2 0 浓 度对 废水中 C O D 色度 u V 去除效果 的影响 从 图 7和 实 验 数 据 可 知 H 2 0 的投 加 量 为 5 0 0 m g L时 废水 C O D c 降到 8 2 1 m g L C O D c 去除率为6 1 1 色度 由初始 的 2 O 倍 降至 6倍 色度去 除率 为 7 0 0 u V 去除率为 8 3 8 故选择最 佳 H z 0 的投加质量 浓 度为 5 0 0 m g L 经过混 凝 沉 淀和 F e n t o n试 剂 氧 化组 合处 理 后 废 水 C O D 由 6 5 0 m g L降 到 8 2 1 m g L 总去 除率 达 8 7 4 色度 由 4 0 0倍 降 到 6倍 总 去除 率达 9 8 5 u V 2 去除率为 9 5 0 3 结 论 混凝沉 淀和 F e n t o n试剂 氧化 组合工 艺是一 种煤 气化 废水深度处 理 的有效方 法 经实验确 定的最优反 应 条件 为 混 凝 实验 p H值 为 6 5 0 投 加 的聚 合硫 酸 铁 质量浓 度为 3 0 0 m g L 混凝处理 后 再调 节 p H值 为 3 0 3 投 加过 氧化 氢 和硫酸 亚铁质 量浓度 分别 为 5 0 0 m g L和 5 1 1 m g L 反应 时间为 7 5 m in 经 最佳实验 条 件处理 后 C O D c r 由 6 5 0 m g L降 到 8 2 1 m g L 总去 除 率 达 8 7 4 色度 由 4 0 0倍 降到 6倍 总去 除 率 达 9 8 5 u V 总去 除率 为 9 5 O 出水水质均可 以达到 污水综合排放标准 G B 8 9 7 8 1 9 9 6 一级排放标准 参考文献 1 尹连庆 张军 滕济林 等 吸附法深度处理煤制气 生化废水的研究 J 水处理技术 2 0 1 1 3 7 1 1 1 0 4 1 0 6 2 史作磊 孟冬 闫卫林 等 7 昆凝法预处理煤气化废 水实验研究 J 煤化工 2 0 1 2 4 0 6 3 0 3 2 3 舒欣 丁晶 赵庆 良 电化学法处理氨氮废水的实 验研 究 J 黑 龙 江大 学 自然 科 学学 报 2 0 1 2 2 9 2 2 4 6 2 5 0 4 武强 谷启源 陈凯华 等 F e n t o n试剂 一混凝沉淀 深度处理煤气化废水的实验研究 J 煤化工 2 0 1 1 3 9 6 4 5 4 8 5 俞彬 陈广升 王玉慧 等 A O B A F工艺处理高氨氮 煤化工废水 J 中国给水排水 2 O 1 3 2 9 6 8 卜8 8 Ex p e r ime n t a l S t u d y o n Ad v a n ce d Tr e a t me n t o f Co a l Ga s i fi ca t io n W a s t e wa t e r b y Co a g u l a t io n Me t h o d Co u p l e d wit h Fe n t o n Re a g e n t Ox id a t io n Wa n g C h u n y u Q ia o R u ip in g L iu F e n g G e n g C u i y u Wa n g Y a n g J ia n g We i Wa n g J iw e n a n d C h a i Z h e n p e n g R D C e n t e r o f P o t e n E n v i r o n m e n t Gr o u p C o L t d B e ij in g 1 0 0 0 8 2 C h in a Ab s t r a ct A l a b o r a t o r y s ca l e b a t ch r e a ct o r wa s u s e d t o s t u d y t h e d e g r a d a t i o n o f c o a l g a s i fi ca t io n wa s t e wa t e r b y co a g u l a t i o n me t h o d co u p l e d wi t h F e n t o n r e a g e n t o x id a t io n T h r o u g h t h is e x p e r ime n t t h e o p t imu m r e a ct io n co n