萃取—Fenton反应—吸附工艺处理兰炭废水研究

2016-07-10高雯雯张智芳苏婷

当代化工 2016年8期

高雯雯张智芳苏婷

摘要：采用萃取-Fenton反应-吸附工艺处理兰炭废水，分别通过单因素实验和正交实验得到萃取段和Fenton反应段的最优条件，结果为：萃取剂为柴油与苯的混合物，相比1：4，萃取時间10 min，萃取温度为25℃，酚的萃取率最大为82.8%；Fenton反应的最佳工艺条件为：温度为70 ℃，pH为4，FeSO4的投加量为4 g，H2O2的投加量为4 mL；最后经过活性炭吸附后，兰炭废水的COD及酚的含量达到国家废水排放标准。

关键词：萃取；Fenton反应；吸附；兰炭废水

中图分类号：TQ 521.9 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）08-1758-03

Abstract： Coking wastewater was treated by adopting extraction-Fenton reaction-adsorption process； the best conditions of extraction stage and Fenton reaction stage were determined by single factor experiment and orthogonal experiment respectively. The results show that， the highest phenol extraction rate can reach to 82.8% when using mixed solution of diesel and benzene as extracting agent， the ratio of extractant to coking wastewater 1：4， the extraction time 10 min at 25 ℃. The optimum processing conditions of Fenton reaction are as follows： temperature 60 ℃，pH 4， FeSO4 4 g and H2O2 4 mL. In the end， coking wastewater after extraction and Fenton reaction was adsorbed by activated carbon. COD and phenol contents in treated wastewater can meet the national standard.

Key words： extraction； Fenton reaction； adsorption； coking wastewater

在焦炭炼制、煤气净化以及化工产品的精制和回收过程中会产生兰炭废水，兰炭废水含有多种无机及有机污染物，成分复杂且污染物的含量随炼焦工艺的不同有很大的不同[1]，因此，兰炭废水属于高污染物、难降解的有机废水。对兰炭废水的处理方法有多种，如催化湿式氧化法[2]、电絮凝法[3]、芬顿法[4]等。其中芬顿法具有效果显著、操作简单、适用范围广等优点，已广泛地应用于各类生化性差、难降解的废水中，但采用Fenton法要达到理想的COD去除率，需投入大量的过氧化氢，药剂成本太高[5]，且单一的方法无法彻底地降解兰炭废水，兰炭废水的处理工艺还不够成熟。因此本文提出采用萃取-Fenton-吸附工艺以最大程度地降解兰炭废水中的有害污染物质，为行业提供一条可选择的兰炭废水处理工艺。

1 实验部分

1.1 实验试剂及仪器

4-氨基安替比林、铁氰化钾、重铬酸钾、1，10-邻菲啰啉、盐酸、硫酸亚铁、质量分数30%过氧化氢、硫酸亚铁铵、浓硫酸、硫酸银、氯化铵、氢氧化钠、苯均为分析纯；柴油、活性炭均为市售材料。

5B-3型COD快速测定仪；FAll04N型电子天平；pHS-3型酸度计；DF-II数显集热式磁力搅拌器；722S型可见分光光度计；所用废水为陕北榆林某焦化厂经蒸氨的兰炭废水，其水质指标见表1。

1.2 实验方法

萃取工艺：本实验选用的萃取剂为体积比1：1柴油与苯的混合液，基本步骤为：将定量萃取剂与兰炭废水混合，保持总体积为50 mL，恒温加热磁力搅拌下搅拌一定时间，将混合液小心倒入分液漏斗中，静置分层，取出下层水样，采用4-氨基安替比林直接光度法测定水样中的含酚量。

Fenton反应：取定量萃取后的兰炭废水，调节兰炭废水的pH值，加入一定量的FeSO4·7H2O，待溶解后，将烧杯放入恒温加热磁力搅拌器中，再滴加定量30%的H2O2，开始Fenton反应，1 h后过滤取上清液，采用COD快速测定仪测定COD值。

1.3 分析方法

COD采用COD快速测定仪测定；挥发酚采用4-氨基安替比林直接光度法测定，萃取率为酚类化合物在萃取相中的量与总量之比，其计算公式为：

其中，C0和C分别为萃取前后水相中酚的含量。

2 实验结果与讨论

2.1 萃取工段工艺条件优化

2.1.1 相比对萃取率的影响

萃取相比，指在萃取体系中，一个液相与另一个液相的体积之比。在本实验中，萃取相比指萃取剂与兰炭废水体积之比。在萃取过程中，相比的大小会影响萃取塔设备的级数以及萃余相的浓度，同时也会影响溶剂再生的所产生操作费用[6，7]。图1为常温（25 ℃）磁力搅拌条件下相比对酚去除率的影响。由图1可得，随相比的增大酚去除率逐渐减小，考虑到相比越大，溶剂再生的能耗也就越大，选择1：4为最佳的相比。

2.1.2 萃取时间对萃取率的影响

图 2为萃取时间对萃取率的影响，由图2可得，随萃取时间延长，萃取率曲线呈先增大，后趋于平缓的趋势，萃取时间为10 min时，萃取率最高。因此，确定萃取时间为10 min为最佳的萃取时间。

2.1.3 萃取温度对萃取率的影响

图3为萃取温度对酚去除率的影响，由图3可得，隨温度升高，酚萃取率逐渐降低，这是因为温度升高，酚类物质在水中的溶解度逐渐增大，使得分配系数下降，萃取率降低[8]。考虑到实际操作条件及成本，确定常温下即25℃为萃取的最佳温度，此时酚的萃取率达到最大值为82.8%，COD的去除率为36.1%。

2.2 Fenton反应

采用正交实验研究Fenton反应处理兰炭废水的效果，设计了三水平四因素L9（34）实验方案，以COD去除率为考核指标，结果见表2。

由表2可得，极差R1>R2>R3>R4，所以在选定的四个影响因素中，设计实验范围内影响COD去除率的因素为：温度>pH>FeSO4>H2O2，设计的最优组合为A2B1C3D2，即Fenton氧化法去除COD的最佳工艺条件是：温度为70℃，pH为4，FeSO4的投加量为4 g，H2O2的投加量为4 mL，在最佳工艺条件下测得COD去除率为88.7%。经萃取-Fenton反应后，兰炭废水COD降为631.9mg/L，酚的含量降为51.7 mg/L。

2.3 活性炭吸附

采用果壳活性炭对萃取-Fenton反应后的兰炭废水进行吸附，反应在室温磁力搅拌下进行，果壳活性炭的投加量为10 g/L，反应时间1 h，实验平行3次，3次的平均结果为COD：78.5 mg/L，酚：2.8 mg/L。

3 结论

（1）萃取的最佳工艺条件为：相比1：4，萃取时间10 min，萃取温度为25 ℃，此时酚的萃取率最大为82.8%，COD的去除率为36.1%。

（2）通过正交设计确定Fenton反应最优组合为A2B1C3D2，即Fenton反应的最佳工艺条件是：温度为70℃，pH为4，FeSO4的投加量为4 g，H2O2的投加量为4 mL，经萃取-Fenton反应后，兰炭废水COD含量降为631.9 mg/L，酚的含量降为51.7 mg/L。

（3）经萃取-Fenton反应-活性炭吸附后，兰炭废水的COD含量降为78.5 mg/L，酚的含量降为2.8 mg/L，达到国家废水排放标准，该工艺路线为兰炭废水的处理提供一条切实可行的途径，具有一定的实践意义。

参考文献：

[1] 张智芳，高雯雯. 气相色谱-质谱法分析隔油絮凝处理后兰炭废水中有机污染物[J]. 应用化工，2014，43（3）：573-575.

[2] 张彩凤，郭晓滨，王颖. 催化湿式氧化处理兰炭废水的工艺研究[J]. 山东化工，2011，40（4）：37-39.

[3] 毕强，薛娟琴，郭莹娟，等. 电絮凝法去除兰炭废水中的COD[J].工业水处理，2012，32（9）：41-44.

[4] 吕永涛，王磊，陈祯，等. Fenton氧化-吹脱法预处理兰炭废水的研究[J]. 工业水处理，2011，30（11）：56-58.

[5] 毕强，薛娟琴，郭莹娟，等. 电芬顿法去除兰炭废水COD[J]. 环境工程学报，2012，6（12）：4310-4314.