2 結果與討論
2.1 混凝實驗結果
2.1.1混凝pH對混凝效果的影響
當PFS加入量為300 mg/L時,混凝pH對混凝段COD和色度的去除率的影響見圖1。當pH=3.5~6.5時,COD和色度的去除率的變化趨勢基本相同;當pH=6.5~8.5時,混凝效果很差,COD去除率只有5%左右;當pH=4.5時,COD和色度的去除率達最大值(分別為28.5%和60.7%)。這是因為廢水中含有較多的腐殖酸類物質,在酸性條件下,PFS混凝去除腐殖酸的效果較好。故混凝pH為4.5較適宜。
2.1.2 PFS加入量對混凝效果的影響
當混凝pH為4.5時,PFS加入量對混凝段COD和色度的去除率的影響見圖2。由圖2可見:PFS加入量從100 mg/L增至300 mg/L時,COD去除率從1.1%增至28.5%,色度去除率從21.4%增至60.7%;當PFS加入量大於300 mg/L時,COD和色度的去除率變化趨緩。故選擇PFS加入量為300 mg/L較適宜。
2.2 Fenton實驗結果
2.2.1 H2O2加入量對處理效果的影響
當氧化pH 3.0、 FeSO4·7H2O加入量300 mg/L、反應時間3 h時,H2O2加入量對Fenton 段COD和色度的去除率的影響見圖3。由圖3可見:當H2O2加入量小於420 mg/L時,COD和色度的去除率隨H2O2加入量的增加而增大;當H2O2加入量大於420 mg/L時,COD和色度的去除率變化不大,H2O2的消耗量(H2O2加入量和加鹼前H2O2剩餘量的差值)卻持續增大。這可能是因為在Fenton反應過程中,生成了一些難降解有機物(如短鏈有機酸等),而過量H2O2與·OH發生反應,消耗了H2O2。故選擇H2O2加入量為420 mg/L較適宜。
2.2.2 FeSO4·7H2O加入量對處理效果的影響
當氧化pH 3.0、H2O2加入量420 mg/L、反應時間3 h時,FeSO4·7H2O加入量對Fenton段COD和色度的去除率的影響見圖4。
Fenton法對有機物的去除作用可分為Fenton氧化作用和Fenton混凝作用,Fenton氧化作用去除的COD為進水COD 和反應混合液COD的差值;Fenton混凝作用去除的COD為Fenton法去除的全部COD 和Fenton氧化作用去除的COD的差值。由於廢水已經過混凝處理,所以Fenton混凝作用去除的COD較小,在10%左右波動。由圖4可見,當FeSO4·7H2O加入量小於167 mg/L或大於500 mg/L時,Fenton氧化作用對COD的去除率均有減小的趨勢。這是因為:Fe2+較少時,分解H2O2產生·OH的速率較慢;Fe2+過量時,會與·OH反應,與廢水中的有機物形成競爭。考慮到COD和色度的去除效果以及減少H2O2的殘留,選擇FeSO4·7H2O加入量為334 mg/L較適宜。
2.2.3氧化pH對處理效果的影響
當H2O2加入量420 mg/L、FeSO4·7H2O加入量334 mg/L、反應時間3 h時,氧化pH對Fenton段COD和色度的去除率的影響見圖5。由圖5可見:當pH=2.5~5.0時,COD和色度的去除率均較高,COD去除率為43.3%~45.2%,色度去除率為78.1%~81.8%;當pH=2.0時,COD和色度的去除率均減小,H2O2消耗量隨之減小。這是因為:pH過低時,Fe2+在水溶液中形成了分解H2O2速率相對較慢的[Fe(H2O)]2+,產生的·OH減少,但H+含量過高也會抑制Fe3+與H2O2之間的反應;當pH>5.0時,COD和色度的去除率降低,H2O2消耗量減少,這可能是因為Fe3+形成了不溶性的Fe(OH)3絮體,打斷了·OH產生鏈。混凝工藝出水的pH在4.0左右時,可不調節pH,直接進行Fenton反應。
2.2.4反應時間對處理效果的影響
當氧化pH 4. 0、H2O2加入量420 mg/L、FeSO4·7H2O加入量334 mg/L時,反應時間對Fenton段COD和色度的去除率的影響見圖6。由圖6可見:當反應時間為1 h時,COD和色度的去除率已基本穩定,H2O2的消耗量較小;反應時間為3 h時,COD和色度的去除率分別為45.3%和78.2%,大部分H2O2已消耗。剩餘的H2O2在加鹼中和時會分解產生氧氣,不利於Fenton反應的絮體沉降。故選擇反應時間為3 h較適宜。
2.3 混凝—Fenton法與Fenton法的比較
在較適宜的條件下採用混凝—Fenton法對VB12廢水生化出水進行優化時,試劑消耗量為:H2SO4 830 mg/L,PFS 300 mg/L,H2O2 420 mg/L,FeSO4·7H2O 334 mg/L,NaOH 480 mg/L;在此條件下,總COD去除率為62.1%,總色度去除率為90.0%。
在較適宜的條件下採用Fenton法對VB12廢水生化出水進行優化時,試劑消耗量為:H2SO4 830 mg/L,H2O2 700 mg/L,FeSO4·7H2O 834 mg/L,NaOH480 mg/L;在此條件下,COD去除率為52.9%,色度去除率為79.1%。
與Fenton法相比,混凝—Fenton法的COD和色度去除率更大,處理效果更好,COD和色度去除率的提高率分別為17.4%和13.8%。兩種方法的藥劑成本見表1。由表1可見,混凝—Fenton法的藥劑成本為4.51 元/m3,Fenton法的藥劑成本為5.75 元/m3。與Fenton法相比,混凝—Fenton法的藥劑成本降低了21.6%。