Fenton试剂强化活性焦吸附处理反渗透浓水的实验研究

王 浩，马 研，乔瑞平，黄海峰，李 岗，王 敏，刘 冰，王 盼，王俊霞，李 璠

（1.上海泓济环保科技股份有限公司，上海200082；2.山西泓华水务有限公司，山西 晋城048000）

引 言

某煤气化企业有机废水经过“UASB+HBF生化处理+混凝沉淀+V型滤池”，再经膜系统浓缩处理后，在实现产水回用的同时，一般会产生约25%左右的反渗透浓水，废水中的有机物大部分被截留至浓水中，使其具有高难生物降解的有机废水特性[1-2]，其中的COD质量浓度在60 mg/L～120 mg/L，对后续的“零排放”蒸发系统会造成一定的影响，因此该反渗透浓水必须经过深度处理后才能进入“零排放”蒸发系统。

反渗透浓水深度处理的方法有臭氧催化氧化法[3-4]、Fenton试剂氧化法[5]、吸附法[6]、电化学法[7-8]、强化生物法及组合工艺[9-10]等，吸附法由于其成本低、运行参数少、易于控制、效果稳定等优点被广泛应用于水处理中[11-12]。常见的吸附剂有活性炭、活性焦、硅藻土、沸石等，其中活性焦虽然较活性炭比表面积小，但是由于中孔发达，性价比较高，具有较好的应用前景[13]。陈文松等[14-15]研究发现，活性炭吸附联合Fenton氧化技术处理含盐有机废水时，吸附剂对水中有机污染物及Fe2+均有比较强的吸附作用，通过Fenton试剂反应产生的·OH对吸附剂吸附的有机物及溶液中的有机物均有去除作用，而且对吸附剂有一定的自净作用，能够强化吸附剂的吸附效果。

本实验以煤化工反渗透浓水为研究对象，以活性焦为吸附剂，对活性焦的吸附条件进行研究，并在此基础上引入Fenton试剂氧化强化活性焦的吸附效果，考察其对反渗透浓水的处理效果，优化反应条件，为工程项目提供技术支撑。

1 实 验

1.1主要试剂和仪器

实验试剂：H2O2（质量分数为30%），FeSO4·7H2O（质量浓度10 g/L），硫酸溶液（硫酸与水体积比1∶9），氢氧化钠（浓度2 mol/L），选用9种市售活性焦。

实验所用仪器见表1。

表1 实验所用仪器名称、型号及厂家

1.2废水水质

本实验水样取自某煤化工反渗透浓水出水口，水质指标如表2所示。

表2 反渗透浓水水质指标

1.3实验方法

量取100 mL浓水置于250 mL锥形瓶内，加入活性焦、H2O2、FeSO4·7H2O后，置于回旋式振荡器中于200 r/min下进行反应。反应结束后立即过滤，用重铬酸钾法测定废水COD，根据式（1）计算COD去除率（K）。

式中：C0为反应前COD，mg/L；C1为反应后COD，mg/L。

实验过程中，首先对活性焦种类、吸附时间、活性焦投加量及反渗透浓水pH值进行考察，探讨活性焦吸附的最佳条件；其次在活性焦吸附最佳条件下加入Fenton试剂，强化活性焦吸附效果，对H2O2及FeSO4·7H2O投加量进行了考察。

2 结果与分析

2.1活性焦吸附条件考察

2.1.1 活性焦的筛选

针对现场水质情况，选用9种粉末活性焦作为吸附剂，在活性焦投加量为1.0 g/L，吸附时间为30 min时，各活性焦的吸附性能差异较大，其中4#活性焦对于该反渗透浓水COD的吸附效果明显优于其他活性焦，其COD去除率可达60.58%，而1#、2#、3#、5#、6#、7#、8#和9#活性焦的COD去除率分别为8.76%、57.66%、-2.19%（活性焦品质较差，带入有机杂质所致）、20.44%、43.80%、9.49%、16.06%和0.73%。因此，选择4#活性焦作为后续实验的吸附剂。

2.1.2 吸附时间对COD去除效果的影响

在4#活性焦投加量1.0 g/L条件下，分别反应5 min、10 min、15 min、20 min、30 min、40 min、50 min，考察不同吸附时间对COD去除效果的影响，结果见图1。

图1 吸附时间对COD去除效果的影响

由图1可知，当吸附时间＜30 min时，随着吸附时间的延长，COD的去除率上升较快；当吸附时间为30 min时，COD的去除率达62.03%；后继续延长吸附时间，COD的去除率提高速度变缓。因此，考虑实际处理成本，选择30 min为最佳吸附时间。

2.1.3 活性焦投加量对COD去除效果的影响

在4#活性焦投加量分别为0.2 g/L、0.4 g/L、0.6 g/L、0.8 g/L、1.0 g/L、1.2 g/L、1.4 g/L、1.6 g/L、1.8 g/L时，吸附反应30 min，考察活性焦投加量对COD去除效果的影响，结果如图2所示。

图2 活性焦投加量对COD去除效果的影响

由图2可知，随着4#活性焦投加量的增加，COD的去除率逐渐升高，当活性焦投加量为1.0 g/L时，COD去除率达61.81%，后继续增加活性焦的用量，COD的去除率变化不大。因此，4#活性焦的投加量为1.0 g/L时为最佳投加量。

2.1.4 pH对COD去除效果的影响

在4#活性焦投加量为1.0 g/L、吸附时间30 min条件下，调节反渗透浓水pH分别为4.05、5.05、5.97、7.05、7.95、8.97、10.03，考察pH对COD去除效果的影响，结果如图3所示。

图3 pH对COD去除效果的影响

由图3可知，在偏碱性条件下，COD的去除效果相对较好。综合考虑水处理效果和费用，在实验中不予调整pH。

2.2 Fenton试剂强化活性焦吸附条件考察

2.2.1 H2O2投加量对COD去除效果的影响

在4#活性焦投加量为1.0 g/L、吸附时间30 min条件下，分别加入0、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L、75 mg/L、90 mg/L的H2O2，分析H2O2投加量对COD去除效果的影响，结果如图4所示。

图4 H2O2投加量对COD去除效果的影响

由图4可知，当H2O2投加量为10 mg/L时，COD去除率为57.50%，去除效果较未加入H2O2时有少量提高，后继续增大H2O2投加量，COD的去除率持续下降，说明单独添加H2O2对活性焦的吸附强化作用不大，甚至过量的H2O2会影响COD的去除效果。因此，H2O2投加量为10 mg/L时为最佳投加量。

2.2.2 FeSO4·7H2O投加量对COD去除效果的影响

在4#活性焦和H2O2投加量分别为1.0 g/L和10 mg/L、吸附时间30min的条件下，再分别加入0、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L的FeSO4·7H2O，分析FeSO4·7H2O投加量 对COD去除效果的影响，结果如图5所示。

图5 FeSO4·7H2O投加量对COD去除效果的影响

由图5可知，当FeSO4·7H2O投加量＜40 mg/L时，随着FeSO4·7H2O投加量的增加，COD的去除率逐渐增大；当其投加量为40 mg/L时，COD去除率为67.70%；之后随着FeSO4·7H2O投加量的继续增加，COD的去除率先下降后上升，在其投加量为60 mg/L时，COD去除率达到最大，为70.35%。这一实验结果表明，Fenton试剂氧化对活性焦的吸附有明显的强化作用，FeSO4·7H2O的最佳投加量为60 mg/L。

2.2.3 Fenton试剂氧化强化过程中H2O2投加量对COD去除效果的影响

在4#活性焦和FeSO4·7H2O投加量分别为1.0 g/L及60 mg/L、吸附时间30 min条件下，分别加入0、5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L的H2O2，分析Fenton试剂氧化强化过程中H2O2投加量对COD去除效果的影响，结果如图6所示。

图6 Fenton试剂氧化强化吸附过程中H2O2投加量对COD去除效果的影响

由图6可知，随着H2O2投加量的增加，COD去除率先增大后降低，在H2O2投加量为10 mg/L时COD去除率达到最大，为70.35%，后继续增大H2O2投加量，COD去除率逐渐下降，说明过量的H2O2会影响COD的去除效果。实验数据表明，Fenton试剂氧化强化粉末活性焦吸附时，H2O2的最佳投加量为10 mg/L。

3 结 论

3.1活性焦吸附的最佳条件：选择4#活性焦，投加量为1.0 g/L，吸附时间为30 min，此时COD的去除率可以达到60%以上。

3.2在活性焦吸附最佳条件的基础上，单独采用H2O2强化活性焦吸附效果不佳，而采用Fenton试剂氧化对活性焦的吸附有明显的强化作用，FeSO4·7H2O及H2O2的最佳投加量分别为60 mg/L、10 mg/L，此时COD的去除率最高，达70.35%。

3.3 Fenton试剂氧化强化活性焦吸附对反渗透浓水是一种有效的深度处理方法。