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造纸中段废水包括制浆过程中洗、选、漂工段排放的废水,由于处理不当而溢漏的黑液也可能混掺其中。中段水经二级处理后可以达到现在的国家排放标准,但是,仍然残留有高的色度,以及难以生化降解的木质素和剧毒的有机氯化物,对生态环境有着潜在的危害。随着水资源的紧张和环境质量要求的提高,中段水必须进行深度处理。
微电解是一种有效而经济的废水处理方法,而Fenton法作为一种高级氧化法(AOPs)也得到了广泛研究。本文以山东某草浆造纸企业经二级生化法(活性污泥法)处理后的中段废水为研究对象,系统地研究了微电解和Fenton氧化法深度处理中段水的各影响因素,并确定了最佳试验条件组合。
微电解工艺的试验表明,曝气条件下的处理效果较好,而曝气量对处理效果影响不大。最优试验条件是:废水pH=5.2,废水/铁屑=3(体积比),曝气,微电解反应时间20min,然后再投加NaOH调节pH=9,同时投加高分子絮凝剂PAM,进行混凝,沉淀时间5min。处理后的废水清澈透明,CODcr和色度的去除率分别可达65%和96%。在相同的废水水质条件下,投加不同量的絮凝剂FeS04·7H<,2>O(以Fe<2+>的质量浓度为单位),并投加与微电解工艺等量的PAM助凝,进行单纯的絮凝处理试验,沉淀5min,结果表明,虽然絮凝剂的量大大增加,但处理效果较差,色度去除效果明显降低,当FcSO<,4>·7H<,2>O的量(以Fe<2+>计)达到240mg/L时,CODcr和色度的去除率分别仅为60%和88%,处理后的废水呈浅黄色,反应形成的沉淀量大,这不仅影响污染物的去除效果,也给后续的污泥处理带来难度。所以,单纯的混凝对废水的处理有一定的限度;混凝剂量的增大也会大大增加投资。而对于微电解处理,所用的填料——铁屑,来自金工厂的下脚料,廉价易得,具有以废治废的作用;微电解工艺是氧化还原、原电池、电化学附集、物理吸附、铁离子的混凝沉淀及电子传递等综合作用的效果,所以处理效果较好。
微电解反应前投加H<,2>O<,2>(以下简称“前”),同时进行微电解和Fenton反应,对废水进行处理。试验的最优条件是:废水pH=3,分别以4.3mLH<,2>O<,2>/L废水和400g铁屑/L废水的比例加入H<,2>O<,2>和铁屑,曝气,反应时间30min,然后投加NaOH调节pH=9,并投加高分子絮凝剂PAM,进行混凝,沉淀时间8min。CODcr和色度去除率分别可达69%和97%。
微电解反应后的废水,再投加Fe<2+>(FeSO<,4>·7H<,2>O)和H<,2>O<,2>形成Fenton(以下简称“后”)反应,对废水进行处理。最优试验条件是:废水经微电解反应后,再调节pH=3,然后以1.0mLH<,2>O<,2>/L废水和1.2g FeSO<,4>·7H<,2>O/L废水的比例分别投加H202和FeSO<,4>·7H<,2>O,反应8min,再投加NaOH调节pH=7,并投加高分子絮凝剂PAM,进行混凝,沉淀5min。CODcr和色度去除率分别可达71%和97%。在上述三种工艺的最优条件下,进行废水处理试验可见,对COD、色度和SS的去除效果,都是微电解最差,“后”最好。紫外光谱分析可知,三种处理方法都能有效地去除废水中难以降解的木素基团;而加H<,2>O<,2>氧化比铁屑微电解更能有效地去除275~350nm的污染物,因为微电解工艺是氧化还原、原电池、电化学附集、物理吸附、铁离子的混凝沉淀及电子传递等综合作用的效果,而前加H<,2>O<,2>和后加H<,2>O<,2>两种方法中的Fenton反应又增加了Fenton的强氧化及絮凝沉降作用,所以处理效果优于微电解法;对于难降解且剧毒的氯酚类物质,只有后加H<,2>O<,2>能明显有效的使氯酚类物质脱氯,降低废水的毒性,可能因为直接投加的Fe<2+>(FeSO<,4>·7H<,2>O)的催化作用优于微电解产生的Fe<2+>的催化作用,而且,前加H<,2>O<,2>的Fenton反应是与微电解反应同时发生的,微电解反应促使pH值不断升高,不利于Fenton反应,而后加H<,2>O<,2>的Fenton反应是在微电解反应后单独进行的,不受其他反应的影响,所以,后加H<,2>O<,2>能进一步强化Fenton反应的强氧化及絮凝沉降作用,去除效果最好。