炼油厂预处理废水的 Fenton 氧化技术研究 - 新闻资讯 - 破乳剂|COD去除剂|乳化液|含油|煤化工废水处理|济南乾来环保

[摘要]采用 Fenton 氧化法对含油废水进行了深度处理，探讨了 H2O2 浓度、氧化剂与催化剂比例及催化剂改进等因素对废水中 COD、BOD5去除率的影响，结果表明：(1)随着 H2O2 浓度增加，含油废水中 COD 和 BOD5 的去除率均呈现出先增加后逐渐下降或稳定的趋势，在浓度为 40mmol/L 时达到最大值；(2)随着氧化剂︰催化剂比例的增加，COD 的去除率随之逐渐下降；(3)在 H2O2 浓度为 60 mmol/L、H2O2︰Fe3+为 10︰1、pH 值为 3 的正交实验条件下，其平均去除率最高，达到了 73.48 %，该结论可为含油废水深度处理提供实验依据。

[关键词]Fenton 氧化；催化剂；含油废水；COD；去除率

石化炼油厂排放的含油废水具有污染物种类多、毒性大、COD 指标及含油量高等特点，常采用隔油-气浮-生化处理-过滤-吸附等综合处理[1-3]，但上述方法存在设备成本运行费用高、出水水质不稳定、难以有效生物降解含油废水中的有机污染物等问题。

近年来，随着石化行业处理后废水排放标准的提高，加强该行业废水的深度处理技术研究变得十分必要[2]。化学氧化技术在去除油类物质及高浓度 COD 的深度处理方面具有很大的优势，但普通的化学氧化法会大量消耗化学试剂且伴有二次污染的问题，而Fenton 氧化法属于成本较低、处理效果好、无二次污染的强氧化方法而在含油废水处理中得到广泛应用[2-3]。

本研究采用Fenton氧化法探讨湖北省荆门石化炼油总厂一级生化预处理后的出水，通过单因素实验和正交实验确定最佳处理参数，并对 Fenton 试剂中的催化剂进行改进，进一步研究废水的处理效果。

1 材料与方法

1.1 供试废水水质含油废水取自荆门石化炼油总厂一级生化预处理后的出水，pH 为 8.96~9.05，COD 为 289.1~401.3 mg/L，BOD5为 26.8~27.2mg/L。

1.2 氧化剂不同浓度实验取废水 100 mL 若干份，调节起始 pH=3，在 30 ℃时按 H2O2 ︰Fe2+=20︰1 投加 H2O2溶液和 FeSO4溶液，设计 H2O2的浓度梯度为 10、20、30、……、100 mmol/L，反应完成后 2 h 后，加入NaOH(0.5 mol/L)溶液使反应停止，沉淀数分钟后，取上清液离心后测定其 COD。

1.3 氧化剂︰催化剂的不同比例实验取废水 100 mL 若干份，调节起始 pH=3，在 30 ℃下固定 H2O2浓度为 40 mmol/L，设置 H2O2︰Fe2+比例分别为 5︰1、10︰1、20︰1、30︰1、40︰1 五个处理，反应 2 h 后，同实验 1.2 测定其COD。

1.4 催化剂的改进实验利用柠檬酸络合 Fe3+离子，配制柠檬酸︰Fe2+=1︰1 的混合溶液(40 mmol/L)，设计一组 L9(34)正交实验，设置 3 因素(H2O2浓度、H2O2︰Fe3+、pH)3 个水平(见表 2)；另外设计一组单因素试验，在H2O2浓度分别为 20、30、40、50、60 mmol/L 的条件下比较 Fe3+与 Fe2+为催化剂的去除效果。

2 结果与分析

2.1 氧化剂不同浓度对 COD、BOD5去除率的影响

2.1.1 COD 的去除率

随着双氧水的投加量增加，含油废水中 COD 的去除率呈现出先逐渐增加然后渐渐下降的趋势(图 1)，在浓度为 40 mmol/L 时达到最大值。此后继续增加双氧水的投加量，COD 的去除率不但没有增加反而开始下降。此现象可能是因为当投加双氧水量不足时，Fenton 体系产生的羟基自由基较少，对水中有机物质的氧化能力有限；随着双氧水的投加量增多，反应产生的羟自由基(×OH)逐渐增加，对废水的氧化能力逐渐加强；但当投加的双氧水量过多后，体系中的×OH 大量产生，自身会发生淬灭现象[4]，消耗了体系中×OH，导致氧化能力减弱，从而影响到 COD 的去除率。

2.1.2 BOD5的去除率

经过 Fenton 氧化后，水样中 BOD5比原水样下降较大，去除率达到了 45.01 %~62.44 %(表 1)。在双氧水投加浓度≤40 mmol/L时，其去除率随着 H2O2浓度增大而显著增加，在超过 40 mmol/L后，BOD5的去除率则趋于稳定。这可能是因为经过 H2O2氧化后，水样中易于被氧化剂去除的有机物质降解成了小分子物质[5]得以除去，但仍有部分难以被氧化的有机物质存在于污水中，此类物质也无法短期内被微生物利用分解，故当双氧水的投加量达到一定的值后，BOD5的去除率趋于稳定。

2.2 氧化剂︰催化剂不同比例对 COD 去除率的影响

在固定 H2O2的浓度为 40 mmol/L，pH 为 3 的条件下，随着氧化剂︰催化剂比例的增加即 Fe2+浓度的降低，COD 的去除率随之下降(图 2)，到比例为 40︰1 时，其去除率则下降至 55.56 %，其原因是在 Fe2+浓度降低后，催化 H2O2分解产生羟基自由基的数量减少，造成氧化能力降低。

2.3 催化剂改进对 COD、BOD5的影响

2.3.1 Fe3+作催化剂以 Fe3+代替 Fe2+作催化剂对废水中 COD 去除率的影响见表2，由表 2 可知其去除率的范围在 57.90 %~77.63 %之间，达到了较好的去除效果。进一步分析各试验因素的不同水平处理的去除率发现：在 H2O2处理浓度为 60 mmol/L、H2O2︰Fe3+为 10︰1、pH 值为 3 的条件下，其平均去除率最高，达到了 73.48 %。

2.3.2 Fe2+和 Fe3+为催化剂的比较

在调节废水 pH 为 3、固定氧化剂︰催化剂浓度比为 20︰1条件下，比较 Fe2+和 Fe3+对废水 COD 去除率的影响(如图 3)，结果表明：随着 H2O2浓度逐渐增加到 40 mmol/L 时，以 Fe2+和 Fe3+为催化剂处理的 COD 去除率均逐渐增加到最大，分别达到了85.38 %和 87.54 %，且以 Fe3+为催化剂的处理效果为好；当 H2O2浓度超过 40 mmol/L 后，则以 Fe2+为催化剂的处理效果为好。
3 结论

(1)随着双氧水的投加量增加，含油废水中 COD 和 BOD5 的去除率均呈现出先逐渐增加后逐渐下降或稳定的趋势，在浓度为40 mmol/L 时达到最大值。

(2)固定 H2O2的浓度为 40 mmol/L 时，随着 Fe2+浓度的降低，COD 的去除率随之下降，到 Fe2+浓度为 1 mmol/L 时，其去除率则下降至 55.56 %。

(3)以 Fe2+和 Fe3+为催化剂处理，随着 H2O2 浓度逐渐增加到40 mmol/L 时，其 COD 去除率均逐渐增加到最大，且以 Fe3+为催化剂的处理效果为好；而当 H2O2 浓度超过 40 mmol/L 后，则以Fe2+为催化剂的处理效果为好。

(4 )混合式换热器在换热设备中，混合式换热器是一种直接接触式换热设备。

有汽-水混合式，水-水混合式之分。常见的汽水管道混合加热器由壳体、喷管、过滤网板、填料、排污塞等组成。当冷水流经喷管，进入渐扩段，此时流速变大，喉道处的气压低于外部气压，外部的高温高压的蒸汽从渐扩段进入，进入壳体的蒸汽从喷管管壁上的斜向小孔进入管道，蒸汽与冷水在其中剧烈混合，从而将冷水加热成热水。混合式换热器具有换热效率高，无需二次循环，安全方便，使用范围广，占地面积小，造价低等优点。

4 小结

综上所述，文丘里管的原理在给排水工程中有着深入并且广泛的应用，据此可制成投加设备，气浮设备，曝气设备等，这些设备基于水力学原理，因其运行管理简单可靠，操作使用方便，工作稳定，满足水工程特殊的使用要求等优点，在水处理行业具有较多应用。此外在日常的生产生活中也有着重要用途，例如在目前应用较为广泛的领域，在高温烟气的除尘中，可去除烟气中大小不一的颗粒；用在自动施肥设备中，可以施加浓度均匀的液体肥，结构简单，使用方便；还可以在氧气面罩中得到应用，带有文丘里构造的氧气面罩可以增大氧气量，便于患者使用。广泛用于石油，化工，冶金，电力等方面，可以精确测量中低压，低流速的各类气体流量。

原标题：炼油厂预处理废水的 Fenton 氧化技术研究

原作者：杨晓松，李方敏

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