混凝-UV/Fenton法处理废切削液的研究
Study on the treatment of waste cutting fluid by coagulation-UV/Fenton oxidation process
收稿日期: 2020-03-20
Received: 2020-03-20
作者简介 About authors
侯巍(1982—),工程师E-mail:
The waste cutting fluid was treated by coagulation-UV/Fenton oxidation process. The optimal conditions of coagulation were determined:pH=7, PAC dosage 2 000 mg/L, and CPAM dosage 10 mg/L. The optimal conditions of UV/Fenton oxidation were determined:H2O2 dosage 0.9 Qth, n(H2O2):n(Fe2+)=50:1, and reaction time 120 min. Under the optimum conditions, COD of the waste cutting fluid was reduced from 21 400 mg/L to 432 mg/L, oil mass concentration was reduced from 4 940 mg/L to 2 mg/L, and BOD5/COD was increased from 0.069 to 0.784. Thus, the effluent can be directly biologically treated. The experimental results showed that the coagulation-UV/Fenton process is feasible to treat the waste cutting fluid.
Keywords:
本文引用格式
侯巍.
Hou Wei.
王浪等〔5〕曾采用破乳-Fenton试剂法处理此类废水,该方法一次性投资少,处理效果较好,但存在试剂投加量大、处理效率低的问题。本研究尝试采用混凝-UV/Fenton法对废切削液进行处理,通过紫外光催化Fenton试剂,可降低Fenton试剂的投加量,提高处理效率。
1 实验材料和装置
1.1 实验材料
仪器:79HW-1型恒温磁力搅拌器,浙江乐城电器厂;SG2型便携式pH计,梅特勒-托利多有限公司;BOD-220A型BOD快速测定仪,赛普环保公司。
试剂:聚合氯化铝(PAC),工业品,河南巩义华南供水材料公司;聚丙烯酰胺(阳离子型CPAM),工业品,北京希涛技术开发公司;30%H2O2、FeSO4·7H2O,AR,北京化工厂。
所用废切削液来自北京某机械厂。废水呈灰白色,有臭味,其中含有阴离子型乳化剂。其水质:pH 7~8,COD 21 400 mg/L,BOD5 1 480 mg/L,油质量浓度4 940 mg/L。
1.2 实验装置
UV/Fenton氧化实验装置如图 1所示。反应器为有机玻璃制作,直径10 cm,高30 cm;紫外灯,波长260 nm,功率15 W,无锡市锦华试验设备公司生产;蠕动泵型号为兰格BT00-600M。
图1
2 实验方法
2.1 混凝实验
取100 mL废水置于250 mL烧杯中,加入一定量的混凝剂PAC和10 mg/L助凝剂CPAM,调节pH至一定值。先快速搅拌(120 r/min)2 min,再慢速搅拌(30 r/min)5 min。离心,取上清液测定COD。
2.2 UV/Fenton氧化实验
取200 mL混凝后出水,调节pH,然后投加一定量的FeSO4·7H2O和H2O2,搅拌均匀,置于反应器内进行反应。反应完成后,调pH至10,过滤,取上清液测定COD。
3 实验结果与分析
3.1 混凝实验
3.1.1 pH的影响
在PAC投加量为2 000 mg/L的条件下,考察pH对混凝效果的影响,结果如图 2所示。
图2
由图 2可知,PAC-PAM复合使用处理废水的适宜pH为7。
3.1.2 PAC投加量的影响
在pH为7,有无CPAM做助凝剂的条件下,考察PAC投加量对混凝效果的影响,结果如图 3所示。
图3
由图 3可知,无论有无CPAM做助凝剂,随着PAC投加量的增大,COD去除效果均变好。当PAC投加量达到2 000 mg/L以上时,COD去除率逐渐稳定在89.2%(不投加CPAM)和90.4%(投加CPAM)。
3.2 UV/Fenton氧化实验
Fenton法的主要原理是利用亚铁离子作H2O2的催化剂,通过产生高活性的羟基自由基(·OH)来降解有机物。若辅以紫外光辐射,则UV与Fe2+产生的协同效应可加快·OH的产生,可极大地提高Fenton氧化处理的效率〔6〕。
3.2.1 氧化时间对COD去除率的影响
实验条件:H2O2投加量为0.9倍理论量(记为0.9 Qth,下同)和1.3 Qth,Fe2+投加量为150 mg/L,pH为3。氧化时间对COD去除率的影响见图 4。
图4
由图 4可知,在开始阶段,反应很快,120 min后,COD去除率的变化很小。选择反应时间为120 min。
3.2.2 H2O2投加量对COD去除率的影响
实验条件:Fe2+投加量为150 mg/L,pH为3,反应时间为120 min。H2O2投加量对COD去除率的影响如图 5所示。
图5
在H2O2浓度较低时,反应(1)至(3)可忽略;当H2O2浓度过高时,单位时间内生成的·OH增多,则上述反应不可忽略,部分H2O2发生无效分解,释放出O2,影响了对COD的去除。选择H2O2投加量为0.9 Qth。
3.2.3 Fe2+投加量对COD去除率的影响
Fe2+在反应中对自由基的产生起催化作用。实验条件:H2O2投加量为0.9 Qth,pH为3,反应时间为120 min。Fe2+投加量对COD去除率的影响见图 6。
图6
3.2.4 H2O2投加方式对COD去除率的影响
在优化条件下,控制H2O2总投加量不变,分为数次平均投加,反应时间共计120 min,实验结果见表 1。
经混凝-UV/Fenton法处理后,出水油质量浓度降为2 mg/L,说明油类基本被除去;出水COD降为432 mg/L,BOD5为339 mg/L,BOD5/COD由原废水的0.069提高到0.784,可生化性得到极大的提升,可进一步进行生物处理或与生活污水混合处理。
4 结论
(1)采用混凝-UV/Fenton法处理废切削液,混凝最佳条件:pH为7,PAC投加量为2 000 mg/L,CPAM投加量为10 mg/L,在此条件下,COD去除率可达90.4%。UV/Fenton氧化最佳条件:H2O2投加量为0.9 Qth,n(H2O2):n(Fe2+)=50:1,反应时间为120 min,在此条件下,COD去除率可达79.4%。H2O2投加次数增加时,COD去除率会有所提高,但是增加了操作的复杂性。
(2)经过混凝-UV/Fenton法处理后,出水中油质量浓度仅为2 mg/L,COD降为432 mg/L,BOD5/COD提高至0.784,生化性显著提高,后续可直接采用生物法处理。
(3)实验证明,采用混凝-UV/Fenton法处理废切削液成本低、处理效率高、出水水质好,该法应用于废切削液的处理可行。
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