阻燃布废水除磷微电解-芬顿工艺

　　PROBAN阻燃布的生产常利用四羟甲基氯化磷(THPC)进行处理，其工艺过程一般是浸轧―烘干―氨熏―氧化―水洗，该工艺产生含磷废水.一般含磷废水除磷的方法有生化法、物理法、化学法或电化学法，例如厌氧或好氧活性污泥法、臭氧氧化、Fenton氧化、黏土吸附、反渗透工艺、混凝沉淀、微电解等.本文研究了铁碳微电解联用Fenton氧化去除含THPC的阻燃布生产废水，着重研究了铁碳微电解处理该类废水的影响因素，并对各影响因素进行了显著性分析.

　　1、试验方法

　　铁碳微电解法是基于铁的电化学腐蚀原理，将铁屑、炭粒浸泡在电解质溶液中形成无数微小的腐蚀原电池来处理废水，一般认为其具有絮凝、吸附、卷扫、共沉、电化学还原等多种作用.铁屑在电解质溶液中作为阳极被腐蚀，而炭粒作为阴极，反应体系中产生大量有较强活性的Fe2+、H•，可使废水中有机物的结构和特性发生变化，因此对有机物具有断链、开环等作用.Fenton氧化是一种高级氧化方法，在酸性条件下，H2O2在Fe2+的催化作用下产生具有强氧化性的羟基自由基(•OH)，Fe2+来源于铁碳微电解反应.•OH与大多数有机污染物都可以发生快速的链式反应，无选择性地把有害物质氧化成CO2、H2O或矿物盐，无二次污染.

　　2、原料的预处理

　　废铁屑先在热的肥皂水中浸泡去除表面油污，洗净后在5%稀盐酸中浸泡30min以去除表面氧化层，洗净备用.

　　活性炭采用市售椰壳活性炭，粒度约2~3mm.预先在需处理废水中浸泡1d，使其吸附饱和，再洗净备用，以降低活性炭吸附对铁碳微电解反应的影响.

　　废水的预处理根据试验需要添加5%的稀硫酸调节pH值，用phs-3C型酸度计测定，原水的pH=6.

　　3、单因素分析

　　综合文献所述铁碳微电解的影响因素分析，选择铁碳质量比、反应时间、曝气量、原水pH值作为变量，绘制出各变量的单因素影响曲线以确定本次试验的最佳条件.铁碳投加量固定按所处理废水量体积的5%进行投加.Fenton法处理经铁碳微电解处理后废水上清液时，H2O2添加量为0.4%，即每升废水中加入约13L体积分数为30%的H2O2.

　　3.1 不同铁碳质量比的除磷效果

　　调节pH=4，反应时间为60min，曝气量1.5L∙min-1，铁屑和活性炭在反应体系中形成铁-炭原电池，达到去除废水中污染因子的效果.取铁炭质量比5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1，试验结果见图1.

　　从图1可以看出，当铁碳质量比增大时，废水中总磷的去除率呈现不断增大趋势，分析考虑，原因为铁的增多使体系中产生了更多的原电池，处理能力逐步加强.但是当铁碳比大于10∶1时，处理效率的提升是很缓慢的，从废水处理的经济性考虑，选取适当的铁碳质量比为10∶1.

　　3.2 不同曝气量的除磷效果

　　固定pH=4，铁碳质量比为10∶1，反应时间为60min，不同曝气量0.5、1、1.5、2、3L∙min-1，试验结果如图2.

　　从图2可以看出，曝气量增加能够提高磷的去除率，但是曝气量达到1L∙min-1时，处理效果提升变得缓慢，继续增大曝气量时，处理效果反而有下降的趋势，考虑是过量曝气导致Fenton反应不能顺利进行，影响了处理效果.综合考虑选择最佳曝气量为1.5L∙min-1.

　　3.3 不同反应时间的除磷效果

　　固定pH=4，铁碳质量比10∶1，曝气量1.5L∙min-1，在不同反应时间30、45、60、75、90min下的试验结果如图3.

　　从图3可以看出，当反应时间越长，废水中总磷的去除率越高.分析考虑是随着反应时间的延长，铁碳微电解反应越完全，并且在此过程中更多的Fe(0)转化为Fe2+，而Fe2+正是后续Fenton反应所必需.反应60min后，处理效率提升缓慢，因此取最佳反应时间为60min.

　　3.4 不同废水pH值时的除磷效果

　　固定铁碳质量比10∶1，反应时间60min，曝气量1.5L∙min-1，考虑到后续Fenton法在中性或碱性条件下Fe2+不能激发H2O2产生羟基自由基∙OH，只能在酸性条件下发生作用，废水的pH值根据原水情况进行加酸调整pH=2、3、4、5、6，结果见图4.

　　从图4可以看出，在pH值为3~4时，处理效果最好，考虑是由于废水越接近中性，后续Fenton反应处理效果越差导致最终去除率降低，因此调节废水pH=4为最佳.

　　4、正交试验分析

　　通过单因素试验确定了各变量的适合条件，为确定在没有加入H2O2时，各因素对处理废水除磷的影响主次顺序，选择了四因素三水平的正交试验，表1为因素水平，表2为试验结果.

　　从表2可以看出，极差大小顺序依次为RpH>Rt>Rr>RQ，说明在铁碳微电解处理废水时，废水pH对去除效果的影响最大，其次是反应时间的影响，而曝气量对去除磷的作用影响最小.由于曝气量Q各水平间极差最小，将该列取为误差列，对正交试验结果进行方差分析，结果见表3.

　　查F-分布临界值表，F0.01(2，2)=99.01<因素pH的F比值，因此pH值的改变对结果存在极显著的影响;F0(.12，2)=9.00<反应时间的F比值，因此反应时间的改变对结果存在显著的影响;而铁碳质量比和曝气量则对结果影响无显著差异.

　　5、结论与讨论

　　1)铁碳微电解和Fenton氧化联用对阻燃布废水除磷效果比较理想，磷去除率能达到90%以上.

　　2)仅利用铁碳微电解法处理废水时，废水的pH值和反应时间应该是着重考虑的因素.

　　3)试验中固定了铁碳投加量和H2O2的投加量，无法确定这两个因素对反应结果的影响，这是下一步需要尝试的方向.(来源：河南省科学院 化学研究所有限公司)