焦粉吸附—微波催化—芬顿试剂氧化法深度处理煤焦油加工废水的研究.docx

材料试验仪器：WD800G型微波炉、5B-2C型COD测定仪、SDYS-100SH色度测定仪、PHS-3C酸度计、SHZ-Ⅲ型循环水真空抽滤机、AL204型电子天平；T6型紫外-可见分光光度计、JJ-4A型六联同步自动搅拌机。试剂和：硫酸亚铁、双氧水（质量分数为30%）、硫酸、氢氧化钠，分析纯；焦粉（焦化厂产品，粒径约为4～6mm，使用前酸化处理）；其他药剂为市售化学纯。1.3试验依据由于微波技术具有高效快速、反应过程易于控制、设备体积小等特点，微波技术应用于处理难降解有机污染物方面已经取得了一定成熟经验[5]；焦炭空隙多、比表面积大，对废水中有机物和微波有很强的吸收能力，当微波辐射时，焦炭比表面的金属点位能与微波发生强烈的相互作用而产生许多“热点”，这些“热点”的温度和能量要比其它部位高得多，可用作诱导化学反应的催化剂[7]；微波作用下可使芬顿试剂反应速率大幅提高，有机物可以氧化成H2O和CO2，调节pH可去除废水中残余的Fe3+。1.4试验方法在500mL烧杯内加入250mL试验用废水，用硫酸和氢氧化钠调节溶液pH值，然后加入适的焦粉和芬顿试剂，将烧杯放入微波炉，启动搅拌器，微波辐射反应一定时间后，加入NaOH溶液调节pH至10终止芬顿试剂反应，取出反应产物冷却至室温后，抽滤除去水中的微小焦粉颗粒，测定COD和色度。1.5分析方法COD采用5B-2C型COD测定仪测定；色度采用SDYS-100SH色度测定仪测定；pH值采用PHS-3C酸度计测定。2结果与讨论2.1废水pH的影响在FeSO4加入量为200mg/L、H2O2加入量为1200mg/L、微波功率为400W、微波辐射时间为30min、焦粉加入量为15g时废水pH值对废水处理效果影响见图1。由图1可知：色度去除率在92%左右；COD去除率先增加后降低，当废水pH=5时，COD去除率最大，达到86.87%，处理水COD为42.01mg/L。这是因为在酸性条件下有利于焦粉对有机物的吸收，另外，pH过高，OH-与Fe2+生成沉淀，减弱Fe2+的催化作用；但pH不宜过低，这时H+会抑制H2O2还原Fe3+，降低反应·OH的生成[9]。综合考虑，确定废水pH最佳值为5。2.2焦粉用量的影响在FeSO4加入量为200mg/L、H2O2加入量为1200mg/L、微波功率为400W、微波辐射时间为30min、废水pH值为4时焦粉加入量对废水处理效果影响见图2。由图2可知：色度去除率在91%以上，COD去除率随焦粉用量增加而增大，这一方面是焦粉吸附有机物的贡献，另一方面是因为随着焦粉量的增加使得在微波场中形成更多的“热点”，有利于污染物的去除。当焦粉用量为20g时，COD去除率达到85.58%，处理水COD为46.14mg/L，随后COD和色度去除率增加缓慢，考虑到焦粉酸化再生等综合因素，确定焦粉的最佳用量为20g。2.3FeSO4加入量的影响在H2O2加入量为1200mg/L、微波功率为400W、微波辐射时间为30min、焦粉加入量为15g时、废水pH值为4时FeSO4加入量对废水处理效果影响见图3。由图3可知：FeSO4加入量为100～250mg/L时，色度去除率明显增大，FeSO4加入量为250～400mg/L时，色度去除率开始下降；COD去除率随FeSO4加入量增大而增大，在FeSO4加入量300mg/L时，COD去除率达到最大为85.27%，处理水COD为47.13mg/L，随后降低，这是因为芬顿反应速率与FeSO4浓度有关，FeSO4浓度过大时，部分·OH与Fe2+反应生成OH-，Fe3+与H2O2反应生成氧化性较低的·OH2[10，11]，最终造成反应速率下降；另外，FeSO4用量的降低，反应结束pH升高，含铁的沉淀物也会相应减少，给后续处理带来便利，还会降低废水色度，因此，从处理成本和去除效果俩个方面考虑，FeSO4最佳用量300mg/L。2.4H2O2加入量的影响在FeSO4加入量为200mg/L、微波功率为400W、微波辐射时间为30min、焦粉加入量为15g时、废水pH值为4时H2O2加入量对废水处理效果影响见图4。由图4可知：色度去除率一直维持在90%以上；H2O2加入量为1500mg/L时，COD去除率达到85.27%，处理水COD为43.07mg/L，继续增加H2O2的用量，COD去除率无明显变化，因此，H2O2最佳用量为1500mg/L。2.5微波功率的影响在FeSO4加入量为200mg/L、H2O2加入量为1200mg/L、微波辐射时间为30min、焦粉加入量为15g、废水pH值为4时微波功率对废水处理效果的影响见图5。由图5可知：色度去除率一直在90%以上；微波辐射功率越高，COD去除效果越好，由于随着微波功率的提高，活性炭表面的“热点”数量相应增加，