电生成Fenton法处理化机浆废水

维普资讯 http://www.cqvip.com 电生成Ｆｅｎｔｏｎ法处理化机浆废水　胡志军李土根胡开堂　（浙江科技学院，杭州，３１００２３）　摘　要：采用电致生成Ｆｅｎｔｏｎ试剂法处理化机浆废水，考察了主要影　响因素对废水色度和ＣＯＤ　ｅｒ去除率的影响。通过单因素比较实验得　到优化的工艺方案：室温，曝气量２．１　Ｌ・ｍｉｎ～，ｐＨ：５、电流密度８０Ａ／　ｍ。和电解时间６０ｒａｉｎ，优化条件下脱色率和ＣＯＤｃｒ去除率分别达　９０％和６０％ｖＸ上。　关键词：电Ｆｅｎｔｏｎ法：化机浆废水；脱色　基于制浆造纸工　效，ＣＯＤ去除率高，而自身还原为水。且不产生　作者简介：　胡志军先生，博　业面临的原料短缺、能　有毒有害物质。本实验用该方法处理化机浆废　士．现在浙江科技学院　源紧张、污染状况严重　水，通过单因素比较实验考察了主要因素对废　从事教学和科研工作．　的现实状况，高得率制　水色度和ＣＯＤｅｒ去除率的影响，得到优化工艺　主要研究方向：制浆新　浆技术的发展和应用　方案。　技术与清洁生产。　在世界范围引起了广　１　实验　泛重视，成为制浆造纸　１．１废水的制取及水质　工业重要技术发展趋势　习。随着碱回收（酸回　废水为实验室模拟制得，选用尾叶桉木片。　收）利自水回收技术的日益成熟，化机浆制浆废　计算机控制蒸煮器（美国）处理，工艺条件为　水就成为当前制浆造纸工业废水处理的重点研　ＮａＯＨ　５％，Ｎａ２ＳＯ３４％，液比Ｉ：４，升温速度３００￣Ｃ　究对象。尤其是针对降低废水的毒性和色度的　／ｈ，最高温度１００￣（２，保温ｌｈ，废水水质如表１　研究，其意义更为重大。当前，制浆造纸工厂的　所示。　废水处理系统对于降低ＢＯＤ、ＣＯＤ和ＳＳ是相　表１废水水质指标　当有效的，但是对于降低废水的色度往往显得　ｐＨ　ＣＯＤ　ＢＯＤ５　ＢＯ　色度　ｌｎｉｇ・Ｌ－。ｌｉｎｇ・Ｌ～　／ＣＯＤ　／Ｃ．Ｕ．　为力。一般的活性污泥法不仅没有能够降　！！：　！　２　：丝　！　低废水色度，反而会导致处理后出水颜色进一　１．２实验方法　步加深。因此。探索与化学机械法制浆工艺相　电解槽以经过表面处理的平板铁为阳极．　适应的废水处理工艺与技术，对于制浆造纸工　多孔石墨为阴极，极板间填充电催化专用材料。　业污染治理和可持续发展具有重要的意义ｆ３］。　在阴极鼓入空气，使体系处于膨化状态．让有机　电化学法作为“环境友好”的废水处理技术　污染物在三维场中进行充分反应。进水槽调节　正日益受到人们的关注，电生成Ｆｅｎｔｏｎ试剂法　废水ｐＨ到指定值，经流量泵按一定流速泵入　是Ｆｅ　和Ｈ２ｏ　的结合产物，Ｈ　Ｏ　在Ｆｅｚ＋催化下　反应槽，控制反应时间，ＴＰＲ稳流稳压电源供给　产生・ＯＨ，・ＯＨ有着很高的氧化电位ｆ２．８Ｖ），极　强的氧化能力，对于有机物降解和脱色卓有成　收稿日期：２００７—０７—２８　・１６・　２００７年第３期《浙江造纸》　维普资讯 http://www.cqvip.com

需要的电流或电压，控制电流密度；出水槽调　ｐＨ值絮凝，上清液取样测ＣＯＤｃｒ和色度。　ｐＨ＝５和反应时间为６０ｍｉｎ。　２．２电流密度的影响　电Ｆｅｎｔｏｎ法主要是通过氧气在阴极得到　眦　炼　电子放电生成过氧化氢，要求有一定的电流密　度和一定的电位梯度，它们是电致过氧化氢的　推动力。同时，有机物也可以通过直接的电氧化　还原发生降解反应，因而，电流密度的数值可间　接反映电化学反应速率的快慢，实验考察了电　流密度对处理效果的影响，其它条件为：室温、　图１电生成Ｆｅｎｔｏｎ法处理废水流程图　１．３分析方法　ＣＯＤｃｒ采用重铬酸钾法测定：ｐＨ采用　ｐＨｓ一３Ｃ型精密酸度计测定：色度按ＣＰＰＡ标　准法ｉ４１４６５ｎｍ下用紫外分光光度计测定，调　ｐＨ＝７．６０￣０．０５。　２实验结果与讨论　２　１　ｐＨ值的影响　∞　ｐＨ值的变化直接影响到过氧化氢的生成　和Ｆｅ　、Ｆｅ　的络合平衡体系，从而影响到・ＯＨ　的氧化降解作用。固定其它工艺条件：室温、曝　气量３Ｌ・ｍｉｎ　和电流密度５０Ａ・ｍ　，考察不同　时间点ｐＨ值对废水色度去除率影响，结果如　图２　０　ｍｎ　２Ｏ　４Ｏ　６Ｏ　８０　１００　１２０　图２　ｐＨ对色度去除率的影响　从图２中可以看出，在ｐＨ＝３时溶液的色　度去除率最高，去除率在９０％以上：ｐＨ＝５时，　随着时间的延长处理效果与ｐＨ＝３接近；ｐＨ：７　时，初始阶段去除率上升较快，６０ｍｉｎ后缓慢增　长且很有限。考虑到ｐＨ越低酸用量显著增加．　同时设备腐蚀也增加，因而综合考虑，可选取　２００７年第３期《浙江造纸》　时间６０ｍｉｎ，ｐＨ＝５和曝气量３Ｌ・ａｒｉｎ，结果如　图３所示。　如　加　０　２　０　４０　６０　８０　１００　１２　０　Ａ／ｍ２　图３电流密度对ＣｏＤ和色度去除率的影响　由图可以看出：随着电流密度的增加，ＣＯＤ　和色度去除率迅速提高，但当脱色率达到９０％　以上时，随着电流密度的增加，脱色率提高缓　慢，而耗电量显著增加，见图４。实际应　中应　从能耗、脱色效果、可操作性等多方面综合考　虑。在上述反应条件下．为使脱色率达到较高　水平．并尽量降低耗电量，可取电流密度８０Ａ／　ｍ　．此时脱色率可达到９０％以上。　图４　电流密度和耗电量的关系　２．３温度对脱色率的影响　将在恒温水浴中加热至一定温度的废水，　・　１７　・　∞　维普资讯 http://www.cqvip.com 迅速置于电解槽中进行电化学反应，比较不同　由图６可以看出，随着曝气的增加脱色率　和ＣＯＤ去除率都显著增加，但到一定值ｆ２．１　Ｌ・　ｍｉｎ一）后呈下降趋势。这种现象可理解为在曝气　温度下的脱色效果。其它条件为：反应时间　∞　∞　∞　∞　加　６０ｍｉｎ、电流密度８０Ａ／ｍ　、曝气量３Ｌ・ｍｉｎ　和　ｐＨ＝５。　’　１０　２０　３０　４Ｏ　ｓｏ　图５温度变化与脱色效果关系　南网５可以看出，在其它条件相同的情况　下．温度越高，色度去除速率越快。７０　的在３０　ｍｉｎ内会达到８０％的脱色率：而未加热的室温　下进行电解．要经过５０ｍｉｎ才会达到相同的脱　色率。在工厂有余热可以利用的前提下，可以　考虑加热废水至５０￣Ｃ，以提高反应速率。但是　实际加热工程的复杂性，并为节约能源和降低　运行费州，一般的工业应用不予加热处理。冈　此．该工　可采用室温处理，适当延长反应时　间　２．４曝气的影响　鼓气可对反应体系产生搅拌作用，强化传　质，加快反应速度；同时增加溶解氧，有利于在　阴极电还原生成Ｈ　０　。本实验在室温、电解时　问６０　ｍｉｎ、ｐＨ＝５和电流密度８０Ａ／ｍ　条件下进　行．比较不同鼓入空气量对处理效果的影响。　Ｏ　０　Ｏ　４　Ｏ　８　１　２　１　６　２　０　２　４　２　８　３　２　Ａｅｒａｔｉｏｒｌ　ｒａｌｅ，Ｌ　ａｒｉｎ　图６曝气对处理效果的影响　・１　８・　量小时，生成的Ｈ　０　浓度较低，Ｈ：０　的浓度增　加，产生的・０Ｈ量也增加，处理效果提高；Ｈ２０２　是・ＯＨ的捕捉剂，当Ｈ２０　的浓度过高时，过量　的Ｈ　０　不但不能通过分解产生更多的自由基，　Ｈ：０　量过高又会使反应产生的・ＯＨ减少，导致　去除率反而下降。本试验条件选取爆气量２．１　Ｌ・ｍｉｎ　为宜。　３作用机理　通电状态，氧在阴极上吸附放电，不同介质　环境可得到不同反应产物。碱性溶液０　将在阴　极发生四电子还原反应：　０２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－－＊４０Ｈ　（１）　酸性溶液中．０，在阴极发生二电子还原反　应电生成过氧化氢：　０２＋２Ｈ　＋２ｅ＿２Ｈ２０２　（２）　依式（２），显然ｐＨ值低的酸性溶液有利于　过氧化氢的生成．从而使得生成Ｆｅｎｔｏｎ试剂的　反应得以顺利进行，达到降解脱色的效果，与图　２的实验结果是相符的。　Ｈ　０　通过Ｆｅ　催化分解产生羟基自由基　ｆＯＨ・）进攻有机分子，有机高分子降解为小分　子，甚至完全矿化为ＣＯ２和Ｈ　０。Ｆｅｎｔｏｎ试剂的　氧化过程为链式反应，其中ＯＨ・的产生为链的　开始，而其它的自由基和反应中问体构成了链　的传递。反应机理归纳如下＿５ｌ　：　Ｆｅ　＋Ｈ２０２——十Ｆｅｎ＋・ＯＨ＋ＨＯ　（３）　・ＯＨ＋Ｈ２０２—｝Ｈ０２・＋Ｈ２０　（４）　ＨＯ２・＋Ｆｅ３斗＿一＋Ｆｅ　＋０２・＋Ｈ　（５）　ＯＨ・＋Ｒ・Ｈ＿Ｒ・＋Ｈ２０　（６）　・Ｒ＋０　・ＲＯ０　（７）　・ＯＨ自由基脱氢反应诱发形成・Ｒ自由　基，・Ｒ能迅速与溶解氧发生反应氧化生成有机　自由基・ＲＯ０，・ＲＯ０是～种非常强的氧化剂，　能发生自氧化反应，或从有机分子上脱去氢原　子。因此，反应过程中生成的羟基自由基・ＯＨ　引发了一系列的自由基链反应，使废水中的有　机物不断被氧化降解为低分子酸，并可进一步　２００７年第３期《浙江造纸》　维普资讯 http://www.cqvip.com 矿化生成ＣＯ　和　Ｏ，这种链式反应大幅度提　高ｊ，氧化反应的效率　４结论　步完全矿化为ＣＯ：和Ｈ　Ｏ　，Ｉ　．　一　．Ｌ　参考文献　一缕　．．　第　１　４．Ｉ　文验室模拟制取了化机浆废水，并分析检　测了废水水质，结果表明该废水浓度高、色度　深和呵生化性差，色度为３９６００Ｃ．Ｕ．和ＣＯＤｅｒ　为２７２００ｍｇ・ＩＪＩ　。　［１］胡受祖．中国造纸Ｔ＝、　技术发展的方向［Ｊ　Ｉ］华纸业，１９９９　５ｆ　．（２）：２４￣２６．　．页　、ｊ　［２］Ｂｉｅｒｍａｎｎ　Ｃｔｕｉｓｔｏｐｈｅｒ　Ｊ．Ｅｓｓｅｎｔｉａｌｓ　ｏｆ　ｐｕｌｐｉｎｇ　ａｎｄ　ｐａｐｅｒ—　ｒｎａｋｉｎｇ［Ｍｊ．Ｃａｎａｄａ：Ａｃａｄｅｍｉｃ　ｎｅｓｓ．１ｎｃ，１９９３．　［３］Ｗｅｂｂ　Ｌｅｓｌｉｅ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｌａ　ｐｒｏｔｅｃｌｉｏｎ　ｔ　ｈＪｏｕｇｈ　ｓｏｕｎｄ　ｗａｔｅｒ　４．２　没计了电生成Ｆｅｎｔｏｎ法处理化机浆废水　装置和工艺流程，反应器填充自行研制的电催　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｕｂ　ａｎｄ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｄｕｓｔＤ』Ｍ　，Ｅｎｇｌａｎｄ：　Ｐｉｒａ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９２．２６—４Ｏ　化专用材料．考察了主要因素对废水处理效果　的影响，得到优化方案为：室温、时间６０　ｍｉｎ、ｐＨ＝５、电流密度８０Ａ・ｍ　和曝气量２．１　［４］ＣＰＰＡ．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｈ５Ｐ．Ｃｏｌｏｒ　ｏｆ　Ｐｕｌｐ　Ｍｉｌｌ　Ｅｆｌｕｅｎｔｆｓ，１９７４　０　［５］Ｂｏｓｓｍａｎｎ　Ｓ　Ｈ，Ｏｌｉｖｅｍｓ　Ｅ，Ｇ　ｂｓｅｔａ１．Ｎｅｗ　ｅｖｉｄｅｎｃｅ　ａｇａｉｎｓｔ　ｈｙｄｒｏｘｙｌ　ｒａｄｉｃａｌｓ　ａｓ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｔ　ｍａｌ　Ｌ・ｒａｉｎ一　。实验结果表明：ＣＯＤ和色度去除率分　别呵达６０％和９０％以上，废水中有机物被显著　去除　ａｎｄ　ｐｈｏｔｏｅｈｅｍｉｃａｌｌｙ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｆｅｎｔｏｎ　Ｒｅａｃｔｉｏｎ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．　ＣｈｅｍＡ，１９９８，１０２（２８）：５５４２～５５５０．　ｃ　［６ｊ　Ｋａｎｇ　Ｃ，Ｓｏｂｋｅｗｉａｋ　Ａ，Ｓａｗｙｍ　Ｄ　１７．ｈｏｎ（１１）一ｉｎｄｕｃｅｄ　ｇｅｎ—　ｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｐｅｒｏｘｉｄｅ　ｆｌ＇ｏｍ　ｄｉｏｘｙｇｅｎ：ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｅｎｔｏｎ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　ｋｅｔｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｃｍ＂一ｂｏｎｓ．１ｎｏｒｇ．　４．３　电Ｆｅｎｔｏｎ试剂法作州机理：氧在阴极上吸　附放ｉ　生成过氧化氢，Ｈ　Ｏ：在Ｆｅ　作刚下产生　堪自　基，ＯＨ・进攻有机分子．发生自由基链　～　材　Ｃｈｅｍ．，１９９４，３３（１）：７９￣８２．　～　～　～　叭　～　一　式反应，有机高分予降解为小分子，甚至进一　料　学　报　一　，　９　参考文献　１｛赵罔藩　混疑土及其增强材料的发展与应用．建筑材料学　报．２０００　３；５７—５９　２　Ｅｄｄｏ　Ｌｉｊｉａ，Ｓｖｅｉｎｄｏｔｔｉｒ．ＬＷＡＣ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　Ｓｔａｔｅ—ｏｆ一　［４ｊ张　，不同纤维对轻集料混凝土韧陛陛能影响的研究．混　凝土．２００２．５　【５］郭风．混凝土增强纤维．天津建材，２００２．１；４３—４６　［６ｊ苏索芹，纤维／水泥复合材料的成型丁艺与陛能研究．建筑　材料学报．２００５．３：　［７ｊ何唯平，纤维分散液．技术与ｌ　场，２００６　０８Ａ　／ｈｅ—Ａ１ｔ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｕｎｉｏｎ　Ｂｒｉｔｅ　ＥｕＲａｍ］］１．Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　１９９８．　３『杨儿霞．碳纤维水泥基复合材料中纤维分散性研究．建筑　核准华泰股份林纸一体化项目　华磬纸业　消息　近日．国家核准华察股　份的林纸一休化项｝ｊ一该项目主要是新增一条年产４５　１　６７万顷规模，年产量１０５．６万水　，　Ｊ以满足４５万吨　铜版纸生产的需求。　厅吨岛档恫版纸生产线，屺套建没年产３Ｏ万吨碱性过　氯化物机械小浆生产线、４万公顷速生ｔ产原　林基地　和两座ｌ３．５　千瓦臼备余热发电站。　另外，公司决定与荚闭　犬曼集Ⅲ公司（Ｋａｕｆｔｎａｔ　Ｇｒｏｕｐ）在美因特拉华州合资没立荚田华泰有限责任公　司（Ｈｕａｔａｉ　ＵＳＡ），注册资本为１００万荚兀，其中．华泰股　陔坝Ｈ总投资约５６亿元（　外　约３．９亿关元），　份出资５１万荚７亡＇Ｌ　注册资本的５ｌ％：　夫曼集…公　司出资４９万荚元，ｌ　４９％　以扩大原料供应及产品销　售市场，改善废纸供廊Ｋ朋依赖代理商的局面，以稳定　跋纸价格，通过　际、国内两条线　只实现原料供廊臼　给自足的目标　（｛ｌ自《中华纸业》）　】９　・　其中阎定资产投资约５４．３亿元，包括浆纸厂部分约　５２．Ｏ７亿冗和啄料林基地部分２．２３亿元：铺戚流动资　１．７３亿元，包括浆纸厂部分１＿６７亿元和原料林基地部　分６２０万厄　预汁项Ｈ建没周期２年．建成后年需术材　９６万五方米　华泰股份Ｈ前３年以上的造纸林已达到　２００７年第３期《浙江造纸》　・