铁炭微电解Fenton氧化预处理高浓度煤化工废水的研究.docx
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铁炭微电解Fenton氧化预处理高浓度煤化工废水的研究
第30卷第8期2010年8月
工业水处理
IndustrialWaterTreatment
Vol.30No.8Aug.，2010
铁炭微电解/Fenton氧化预处理高浓度煤化工废水的研究
范树军1，张焕彬2，付建军2
（1.中国神华集团鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古鄂尔多斯
017209；
2.北京三泰正方生物环境科技发展有限公司，北京100085）
［摘要］采用铁炭微电解/Fenton氧化组合工艺预处理高浓度煤化工废水，研究了工艺条件对COD去除率的影响。
结果表明，铁炭床微电解的最佳运行条件为：
进水pH=2，反应时间为20min；Fenton氧化的最佳条件为：
进水
pH=4，30%H2O2投加量为3mL/L，反应时间为60min。
在此运行条件下，COD总去除率可以达到60%～70%，其中微电
解反应床COD去除率为40%～47%。
采用该工艺预处理高浓度煤化工废水，降低了后续生物处理的负荷，同时不会引起铁炭床的钝化和板结。
［关键词］铁炭微电解；Fenton氧化；预处理；煤化工废水［中图分类号］X703
［文献标识码］Β
［文章编号］1005-829X（2010）08-0093-03
中国神华集团在内蒙古鄂尔多斯投资建设的煤制油项目，是我国也是世界上第一个用煤炭直接液化制油的商业性建设项目。
该生产装置排放废水水量大、种类多、浓度高、成分复杂，而目前国内外没有类似的污水处理经验可借鉴，加之对污水回用的要求，增加了其污水处理的难度。
该类废水主要来自煤液化、加氢精制、加氢裂化及硫磺回收等装置排出的含硫、含酚污水，主要污染物为COD、氨氮、油类、硫化物、挥发酚、二异丙基醚等，原水COD高达15～20
（62.8%）。
故笔者采用铁炭床微电解/Fenton氧化工艺处理神华煤制油高浓度废水，结果表明处理效果良好。
1工艺流程
微电解法处理酸性废水时，由于铁电极本身及
其所产生的新生态［H］和Fe2+等均能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，因此可使有机物中的大分子转化为小分子，部分环状有机物断环，从而降低了废水的COD。
当铁炭微电解法与Fenton氧化工艺组合时，
g/L，属难处理废水。
对于污染物浓度较高的废水，在对其进行生化处理前，一般需要进行物化预处理，常见的物化法有混凝沉淀、Fenton-混凝沉淀、微电解等。
近年来，对铁炭微电解法在有机废水、印染废水等工业废水处理中的研究较多〔1-2〕。
铁炭床具有处理工艺简单、效果好、成本低等优点，但铁炭床同时存在如下问题：
在pH较低的情况下会溶出大量的Fe，以致在后续
2+
Fenton试剂中的H2O2在Fe2+的催化下释放出氧化性极强的·OH，·OH能将水中的有机物分子氧化分解成CO2和H2O等小分子物质，可降低水中的COD；同
时，·OH能迅速将Fe2+氧化成Fe3+，并以Fe（OH）3形式析出，絮状Fe（OH）3具有絮凝作用，从而进一步降低废水的COD。
本实验采用的工艺流程见图1。
H2SO4加酸槽废水罐
微电解
反应器
H2O2Fenton氧
NaOH加碱槽沉淀罐
出水
处理中产生大量的Fe（OH）2沉淀。
故当前对其研究的主要方向是如何提高进水pH，从而降低溶铁量。
然而进水pH过高，又会引起铁炭床内部Fe（OH）2、
化反应器混合槽
Fe（OH）3等沉淀的生成，阻碍原电池反应，导致铁炭
床处理效果下降。
左晨燕等〔3〕研究发现，采用Fenton氧化工艺处理煤化工废水效果较好，其COD去除率可以达到
图1工艺流程
工艺的主要部分为铁炭床与Fenton氧化反应器。
反应柱由有机玻璃管制成，尺寸为D140mm×
44.5%，同时可以将难生化降解的大分子物质氧化断裂成小分子物质。
黄浪等〔4〕则发现由铁屑+H2O2组成
的Fenton试剂对COD的去除率达75.6%，大于由
1000mm；有效容积为12L，铁炭床中的铁、炭用量按V（铁）∶V（焦炭）=1∶1装填，为了简化工艺并降低成本，Fenton氧化反应器的进水pH通过控制分流
水量进行调节。
本工艺的特点是将原水进行了分流，一部分原
—93—
FeSO4+H2O2组成的Fenton试剂对COD的去除率
经验交流
水进入铁炭床进行预处理，其出水再与另一部分原水混合后进入Fenton氧化反应器，投加H2O2进行
Fenton反应。
由于原水pH为7～9，铁炭微电解要求的pH低，需要对原水的pH进行加酸调节；而Fenton
反应要求的pH较高，其pH可通过调节分流原水的流量来控制。
这样不仅可以更低的成本实现铁炭床在低pH条件下运行，解决铁炭床的板结、钝化问题，同时还可以通过原水来调节Fenton反应的pH，并充分利用铁炭床出水过量的新生态Fe2+，从而提高了Fenton反应效率，降低了运行成本。
2实验部分2.1
废水来源及水质
实验废水为神华煤制油装置排放的高浓度废
水，主要来自煤液化、溶剂加氢及加氢稳定等装置，废水中的主要污染物COD为10～20g/L，氨氮500～
600mg/L，石油类100～500mg/L，硫化物500～800mg/L，挥发酚500～800mg/L，pH为7～9。
2.2
实验方法
用质量分数为10%的H2SO4溶液调节部分分流后原水的pH，使之连续由下至上流经铁炭反应柱，并按不同的流量控制铁炭反应的时间。
反应器出水与另一部分原水混合后进入Fenton氧化反应器，向反应器内投加30%的H2O2，使之与铁炭床出水中新生态的Fe2+发生Fenton反应。
将Fenton反应后的出水，用质量分数为10%的NaOH调节pH至中性，沉淀30min后取其上清液测定COD。
3实验结果分析3.1
铁炭床微电解实验
为研究铁炭床的COD去除率，取铁炭床出水用
10%的NaOH调节pH至7.5，静置沉淀后取其上清
液测定COD，并与原水COD对比。
3.1.1进水pH对COD去除率的影响
进水COD为18626mg/L，微电解反应时间为
40min，分别调节铁炭床进水pH为2、4、6，并在其
他运行条件不变的情况下，考察进水pH对COD去除率的影响，结果见图2。
由图2可以看出，pH=2时铁炭床对COD去除率达到45%，并且经过长时间的运行，处理效果稳定，无需进行频繁的酸洗再生。
随着进水pH的升高，铁炭床的COD去除率明显降低，且处理效果不稳定。
这主要是由于在pH较高的条件下生成的Fe（OH）3在铁炭床内发生沉淀引起铁炭床的板结钝化导致的。
根据图2的试验结果同时考虑调节pH的酸用量，废水处—94—
工业水处理2010－08，30（8）
理前pH宜调节在2～2.5之间。
本实验取进水pH=2进行研究。
3.1.2微电解反应时间对COD去除率及铁炭床出水pH的影响
调节进水pH=2，在其他运行条件不变的情况
下，改变微电解反应时间，考察微电解反应时间对
COD去除率和铁炭床出水pH的影响，结果见图3。
由图3可知，在一定的进水pH条件下，随着微电解反应时间的增加，COD去除率逐渐增加，反应时间到达40min后，去除率没有明显变化。
同时随着微电解反应时间的增加，铁炭床出水pH逐渐增加，考虑到后续Fenton氧化工艺在酸性环境下处理效果较好，为节约工程投资和运行费用，从经济合理性方面综合考虑，选择最佳微电解反应时间为20min。
3.2Fenton氧化试验
铁炭床出水与另一部分分流原水混合后作为
Fenton反应的进水进入Fenton氧化反应器，其pH通过调节分流原水的流量来控制。
Fenton反应的较佳pH在3～4〔5〕。
控制分流水流量，使铁炭床出水与
另一部分分流原水混合后pH=4，Fenton氧化池进水
COD为15175mg/L。
3.2.1H2O2投加量对COD去除率的影响
控制Fenton氧化反应器进水pH=4，氧化反应
时间为60min，改变H2O2投加量，考察H2O
2
投加量对Fenton反应COD去除率的影响，结果见图4。
工业水处理2010－08，30（8）范树军，等：
铁炭微电解/Fenton氧化预处理高浓度煤化工废水的研究
由图4可知，随着H2O2投加量的增大，COD去除率逐渐增大，在30%H2O2投加量为3mL/L时
COD去除率达到最大，然后COD去除率呈现下降
趋势。
因此30%H2O2最佳投加量选择为3mL/L。
4结论
（1）在适宜的pH范围、微电解反应时间、H2O2
3.2.2
Fenton反应时间对COD去除率的影响
控制Fenton氧化反应器进水pH=4，30%H2O2
的投加量和Fenton反应时间的情况下，采用铁炭微电解/Fenton氧化工艺对高浓度的煤制油废水进行预处理，COD去除率可以达到60%～70%。
其中铁炭床微电解的最佳运行条件为：
pH=2，反应时间为
投加量为3mL/L，改变Fenton反应时间，考察Fenton反应时间对COD去除率的影响，结果见图5。
20min，在此条件下运行可以保证Fe2+和Fe3+在铁炭
床内不产生沉淀，从而使铁炭床能够长时间地稳定运行。
Fenton氧化的最佳运行条件为：
进水pH=4，30%
H2O2投加量为3mL/L，氧化时间为60min。
在铁炭
床后增加Fenton氧化工艺可充分利用铁炭床出水中的过量的Fe2+，同时利用Fenton试剂的强氧化作用提高整个工艺对COD的去除率。
（2）本试验所用填料主要是工业废铁屑、焦炭，
由图5可知，COD去除率随着反应时间的增加而逐渐增大，这主要是因为在较短的时间内Fenton氧化反应不完全，而在反应时间超过60min后，
原材料来源广、价格低，不仅可达到以废治废的目的，并且工艺可长期稳定地运行。
［参考文献］
［1］孙华，洪英，高廷耀，等.内电解法处理染料生产废水试验研究［J］.
工业用水与废水，2001，32（3）：
22－25.
［2］孙杰，赵晖，曾庆福.微波无极紫外光氧化－内电解工艺处理染料
废水研究［J］.环境工程学报，2007，1（6）：
9.
［3］左晨燕，何苗，张彭义，等.Fenton氧化／混凝协同处理焦化废水生
物出水的研究［J］.环境科学，2006，27（11）：
2202－2205.
［4］黄浪，马自俊，蔡永生，等.镀铜铁屑/H2O2法预处理油田酸化废
水［J］.工业水处理，2006，26（4）：
28－30.
［5］杨丹丹，王兵.催化铁内电解和Fenton试剂处理油田废水的研
究［J］.石油地质与工程，2007，21（4）：
101－103.［作者简介］范树军（1971—
），1995年毕业于黑龙江矿业学院。
电
COD去除率基本不再变化。
因此选择最佳Fenton反应时间为60min。
3.3铁炭微电解／Fenton氧化工艺处理效果
按上述试验确定的最佳运行工艺条件对高浓度煤化工废水进行了处理。
进水COD为18626mg/L，铁炭床进水pH=2，微电解反应时间20min；Fenton氧化反应器进水pH控制在4，30%H2O2投加量为
3mL/L，Fenton反应时间为60min。
对处理后出水投加10%的NaOH调节其pH到7.5，沉淀后取上清液
检测COD。
连续7d的运行结果见图6。
从图6可以看出，采用铁炭微电解/Fenton氧化工艺处理高浓度煤化工废水，工艺运行稳定，其
话：
136********9，E-mail：
fanshujun@。
［收稿日期］2010－05－05（修改稿）
COD去除率稳定在60%～70%。
水是生命的源泉、
工业的血液
、
城市的命脉
—95—
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