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      為您帶來金屬加工廢水處理新工藝

      發布日期:2018-09-25 作者: 點擊:

      隨著現代工業的發展,水污染越來越嚴重,尤其是金屬加工含乳化油廢水,包括水基金屬加工液廢水、熱處理淬火油的清洗劑廢水,具有乳化程度高、化學成分復雜、COD 可達幾萬至幾十萬ppm、可生化性差等諸多特性。其中所含的分散油和乳化油等有機污染物濃度很高,對整個生態環境都會產生不良的影響。根據2016年9月1日起實施的《GB/T 32529—2016 熱處理清洗廢液回收及排放技術要求》中所給出的熱處理清洗廢液中污染物最高容許排放濃度,熱處理清洗廢液經過處理后,COD值要求低于150mg/L。而當前普遍采用的廢水處理工藝,要么對廢水水質要求高,只能處理COD值10 000以下的廢水;要么工藝過于復雜,所需使用的化學藥劑用量大,并且出水水質波動大,整體處理成本過高。


      因此,針對金屬加工行業尤其是熱處理行業廢水排放總量小、頻次低的特點,開發與此相匹配的廢水處理新工藝或成套設備,正越來越成為行業研究熱點。本文對鐵碳微電解結合Fenton氧化法在金屬加工廢液的處理方面進行了試驗研究;對集成型廢水處理成套設備進行了初步開發,并應用于廢水處理中試試驗。


      1. 試驗部分

      (1)廢水水質。礦物油基乳化型切削液廢液,其相關參數:COD為82 800mg/L,pH值為7.9;植物油基半合成切削液廢液,其相關參數:COD為124 800mg/L,pH值為8.2;熱處理淬火油清洗劑廢液,其相關參數:COD為12 500mg/L,pH值為10.5。上述廢水均取自南京科潤工業介質股份有限公司的不同客戶現場。


      (2)試驗方法。小試試驗:取200mL待處理含油廢水于500mL燒杯中,置于磁力攪拌器上并開啟攪拌,用濃硫酸調節pH值至2~3;將20g鐵碳微電解填料放入燒杯,反應30min后取出填料;再次使用適量濃硫酸調節pH值為2~3;向燒杯中滴加1.5mL雙氧水,繼續反應60~100min;向燒杯中加入適量氫氧化鈣,調節pH值至8~9;向燒杯中加入1mL濃度為0.3%的PAM水溶液,繼續攪拌20min;停止攪拌,將燒杯內的廢液通過真空水泵抽濾,收集濾液(見圖1)。


      中試試驗:金屬加工公司稱將200L待處理含油廢水注入廢水處理中試設備(見圖2)廢水桶內,開啟鼓泡攪拌,使用濃硫酸調節廢水pH值至2~3;開啟廢水桶的氣動隔膜泵,調節氣壓為0.1MPa,使流量控制在150L/h左右,將廢水抽至鐵碳微電解反應單元;開啟鐵碳微電解反應單元的鼓泡,廢水注滿反應單元后與預先放置在反應器內的鐵碳微電解填料反應,并溢流至高級氧化反應單元;待廢水全部進入高級氧化反應單元后,開啟鼓泡攪拌,并再次使用濃硫酸調節pH值至2~3;向高級氧化反應單元加入2kg雙氧水,繼續反應3h;使用氫氧化鈣調節廢水pH值為8~9后,加入1kg濃度為0.3%的PAM,繼續攪拌20min;開啟板框式壓濾機進液泵,將廢水進行壓濾處理并收集濾液。


      2. 原理分析

      近年來,微電解工藝和高級氧化技術處理難降解有機廢水正成為國內外研究的熱點。鐵和碳之間存在1.2V的電位差,在酸性條件下,鐵與碳之間形成無數個微電流反應池,有機物在微電流的作用下被還原氧化。鐵碳處理法無需耗電,只需利用填充在廢水中的微電解材料自身產生電位差,就可對廢水進行電解處理,從而達到降解有機污染物的目的。


      微電解反應如下:


      陽極反應:Fe-2e→Fe2+


      陰極反應:2H++2e→H2↑


      Fenton法是在pH值為2~5的條件下值利用F e2+催化分解H2O2產生的·O H來降解有機物污染物的過程。與其他氧化劑相比,·OH具有較高的氧化還原電位和非常強的氧化能力。生成的Fe3+會發生混凝沉淀去除有機物,因此Fenton 法在水處理中有氧化和混凝兩種作用。


      Fenton反應方程式如下


      Fenton氧化法可在常溫常壓下反應, 反應速度快,無二次污染,設備投資少,操作簡便,在醫藥、印染等有機廢水的處理中已得到廣泛應用,但在處理含油廢水方面還比較少見,盧義程等研究了用芬頓試劑處理空調鋁質散熱片清洗乳化油的廢水,其COD去除率達到了90%。


      3. 試驗結果與討論

      金屬加工含油乳化廢水采用鐵碳微電解結合Fenton氧化法處理,試驗結果如附表所示。


      處理前后,廢水的外觀對比如圖3所示。


      上述試驗結果表明,采用鐵碳微電解結合Fenton氧化法處理金屬加工含油廢水,原水無需經過破乳,處理后的COD即得到大幅降低,平均去除率在80%以上。中試試驗結果表明,采用本方法對大批量金屬加工含油廢水的處理是切實可行的,并且能達到或超過小試試驗的效果。鐵碳微電解與Fenton氧化聯用的機理如圖4所示。


      采用鐵碳微電解與Fenton氧化聯用法處理金屬加工含油廢水時,需要控制廢水pH值、雙氧水用量以及反應時間這三個因素。


      小試處理結果


      廢水名稱方法COD/(mg·L–1)pH值COD去除率(%)礦物油基乳化型切削液廢水原水82 800 7.9 -小試處理14 480 8.2 82.5中試處理17 140 8.5 79.3植物油基半合成切削液廢水原水12 4800 8.2 -小試處理13 200 8.3 89.4中試處理11 250 8.2 91.0淬火油清洗廢水原水12 500 10.5 -小試處理2 170 8.5 82.6中試處理2 230 8.5 82.2


      (1)鐵碳微電解反應需要在酸性條件下及氧氣充足時才能進行,酸性越強對反應促進作用越強,陽極釋放的Fe2+越多,對催化雙氧水釋放·OH越有利。


      (2)相關研究表明,只有在酸性條件下,Fenton反應才能進行,其所要求的最佳pH值范圍為2~3。因此根據鐵碳微電解反應方程,H+消耗會導致廢水pH有所升高,仍需將其調節到2~3。


      (3)金屬加工公司稱雙氧水的量直接決定·OH的產生量,但是隨著雙氧水用量的增加,過量的雙氧水會與·OH發生反應,造成羥基自由基的量減少,最佳使用量在6~10mL/ L之間。


      (4)鐵碳微電解反應的時間一般為60~80min,時間過短,微電解反應進行不完全,釋放的Fe2+少,不利于后道Fenton氧化,反應時間過長,會使廢水中沉積物大量沉積于填料空隙,覆蓋在鐵碳表面,阻礙反應進行,Fenton氧化反應的時間一般在150~180min。時間過短反應不完全,COD去除率低;時間過長,COD去除率趨于穩定,沒有明顯提升。


      4. 結語

      本試驗結果表明,采用鐵碳微電解與Fenton氧化聯用法可以直接對高濃度、高COD的金屬加工含油廢水進行處理,能耗低、投藥量低、COD去除率高(80%以上)。因此,可以將其與生化處理工藝進行串聯,降低生化處理負荷,使處理后的水質更穩定,排放達標。同時,通過本文中的研究和探索,對于熱處理、機加工等廢水排放頻次低、總量小的行業,更適合使用小型成套設備處理廢水,其處理效果佳、投資成本低、市場前景大。

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