混凝-氧化法处理金属切削加工废水的研究

刘江勋1，黎锡流1，刘健伟2，王卫红2
（1.华南理工大学食品与生物工程学院，广东广州 510640.深圳市工业废物处理站，广东深圳 518049）

　　摘　要：对金属切削加工废水的混凝和Fenton试剂作用的最佳条件进行了研究，使用3.0mL/L的FeCl3饱和液和4mg/LPAM混凝，混凝后废水的COD_Cr由10400mg/L降到1600mg/L，之后在pH₂～3，［Fe²⁺］为252mg/L，［H₂O₂］为0.10mol/L条件下氧化处理，废水的COD_Cr由1600mg/L降到80mg/L，达到排放标准。
　　关键词：金属加工；废水处理；混凝；氧化
　　中图分类号：X76
　　文献标识码：A
　　文章编号：1009－2455（2002）02－0034－03

Study on the Treatment of Metal-Cutting Wastewater Using Coagulation0Fenton Reagent Oxydation
LIU Jiang-xun1, LI Xi-liu 1, LIU Jian-wei2, WANG Wei-hong2
(1. South China University of Technology, Guangzhou 518049, China;2. Shenzhen Industrial Wastewater Station, Shenzhen 518049, China)

　　Abstract: Optimal conditions of the treatment of metal-cutting wastewater was studied. First adding 3.0mL/L saturated Fecl3 and 4 mg.K PAM solutions to the test water at pH=11, COD_Cr dropped from 10400mg/L tp 1600 mg/L. Then Carrying out oxidation with pH=2-3,[Fe2+]=252mg/L,[H2O2]=0.10mol/L, COD_Cr was reduced to 80mg/L, meeting the national wastewater discharge standards.
　　Key words: metal cutting; wastewater treatment; coagulation; oxidation

　　金属的切削加工冷却废液含有矿物油，乳化剂，防腐剂，碳酸钠以及一些金属离子，很难生物降解。在深圳市，相关的厂家此废水的排放量每月在几十升到几立方米之间，由深圳市废物处理站收集统一处理。深圳市工业废物处理站采用与其他一些难生物降解的废水混合，然后用Fenton试剂氧化处理，此法消耗大量的氧化剂，成本很高。本实验采用混凝一Fenton试剂处理此种废水，设备简单，有效降低了成本。

1 实验废水

　　取自深圳废物处理站，COD_Cr：10400mg/L；BOD₅：1530mg/L；油含量：1960mg/L，SS：105mg/L；pH：7.5；浅黄色。

2 实验方法

　　絮凝实验：取废水于烧杯中，调pH值，分别加入不同的混凝剂，快速搅（120r/min）3min，然后慢速（30r/min）搅2 min，静置60 min，在460nm测透光率。
　　Fenton实验：取混凝后的废水于烧杯中，调pH值，加入硫酸亚铁，搅拌，再加入30％的H₂O₂，静置90min，调pH6～7，取上清液测COD_Cr。

3 实验结果

3.1 絮凝剂选择实验
　　试验在各絮凝剂的最佳作用范围内进行，结果见表1：

表1 凝剂的选择 序号 絮凝剂 用量 透光率/% 1 PAC 1g/L 13.6 2 明矾 0.5g/L 12.8 3 节水硫酸亚铁 0.5g/L 8.7 4 FeCl₃饱和液 3.0mL/L 92.3 5 FeCl₃饱和液+PAM 3.0mL/L+4mg/L 99.2

　　从絮凝剂选择实验可以看出，用PAC.明矾、七水硫酸亚铁作为絮凝剂来处理废水，处理之后，废水的透光率都在15％以下，效果极差，而单独用FeCl₃饱和液来处理，虽然透光率达92.3％，但仍然不十分理想；另外，其絮凝层完全分离的时间很长。根据用量简作的实验，1h静置后，絮凝层的高度占85％，澄清液占15％，6h后絮凝层的高度约占10％，澄清液占90％，其后维持不变。用FeCl₃饱和液和4mg/L PAM作絮凝剂，先加入FeCl₃饱和液快速搅2min，再加入PAM快速搅2min，再慢搅2min，处理后的废水透光率达99.2％，30min后絮凝层的高度维持不变（絮凝层占5％）。因此，FeCl₃饱和液+PAM为最佳絮凝剂。
3.1.1 FeCl₃作用的最佳pH实验
　　实验结果见表2。 表2 FeCl₃作用的最佳pH 序号 投药前pH 投药前pH 透光率/% 1 5 小于1 20.3 2 7 2.0 15.5 3 9 3.0 14.3 4 11 6.0 99.2 5 13 7.0 99.2

　　注；投药为 3.0 mL/L FeCl₃饱和液+4mg/L PAM
　　不同的pH值对FeCl₃的作用影响很大，由于原废水的 pH值为7.5，如不调pH，加入FeCl₃溶液后，废水的PH会降到2.0以下。此时铁离子主要以Fe³⁺存在，不利于絮凝。从表2可以看出，加入FeCl₃溶液后，随废水的PH升高，透光率先降低后升高，随后保持不变。根据实验，在终点pH5.8以上就能达到很好的效果。此时应调原废水的pH为11左右。所以调原废水的pH为11为最佳pH。
3.1.2 FeCl3使用量的确定
　　实验结果见表3。 表3 FeCl₃使用量的确定 实验号 加药量/（mg.L-1) 透光率/% 1 2.0 46.7 2 2.5 85.4 3 3.0 99.2 4 3.5 99.3 5 4.0 99.3

　　注：PAM的加人量4mg/L，调终点 pH为6.5
　　从表3可以看出，在保持废水的终点pH为6.5时，随着FeCl₃的量的增加，透光率也增加，但在3.0 mL/L之后，透光率的增加很微弱；另外，为保持废水的终点pH为6.5，随着FeCl₃的量的增加，就要求调高原废水的PH。根据实验，加入FeCl₃为3.0，3.5，4.0 mL/L，应调原水的 pH分别为11，13，14以上。因此，从成本和处理效果来考虑，FeCl₃饱和液的最佳用量为 3.0 mL/L。
3.2 Fenton试剂处理实验
　　利用Fenton试剂来处理絮凝澄清后的废水，不仅达到排放标准且不会引起二次污染（因H₂O₂的氧化产物为水），而且作为催化剂加人的亚铁离子在反应后生成的三价铁离子经一定处理后可作为第一阶段的絮凝剂。Fenton试剂处理废水主要受pH、亚铁离子的浓度、H₂O₂的用量、温度等因素的影响。Fen－ton试剂作用的最佳[1]pH为2－3，所以试验着重于H₂O₂用量和Fe²⁺浓度的研究。
3.2.1 Fe²⁺浓度的确定
　　在H₂O₂加入量为0.12mol/L，pH2.5的情况，不同的Fe²⁺浓度对COD_Cr去除的影响，结果见表4：

表4 Fe²⁺浓度的确定 Fe²⁺浓度/（mg/L^-1) COD_Cr去除率/% 112 74.8 140 81.6 168 88.7 196 94.5 224 96.9 252 97.1 280 96.3

　　在Fenton反应过程中，Fe²⁺是催化产生自由基的必要条件，在无Fe²⁺条件下刀刃。难以分解产生自由基，当Fe²⁺浓度过低时，自由基的产生速度很小，有机物的降解受到抑制；当Fe²⁺过量时，它还原H₂O₂且自身氧化为Fe3+，消耗药剂的同时增加出水色度。从表4可以看出，Fe²⁺的浓度小于252mg/L时，COD_Cr的去除率随Fe²⁺的浓度增加而增加，Fe²⁺大于252mg/L后，COD_Cr的去除率随Fe²⁺增加而略有下降。因此，Fe²⁺的浓度为252mg/L最好。
3.2.2 H₂O₂用量的确定
　　在Fe²⁺的浓度为252mg/L，pH2.5时，不同H₂O₂加人量对CODce去除率的影响见表5。
　　经3.0 mL/L的 FeCl₃饱和液+4mg/L的PAM处理后，废水的COD_Cr由10400 mg/L降到1600mg/L，去除率为84.6％。大部分有机物已被去除，只有一些水溶性较好的有机物仍留在废水中。利用Fenton试剂能很好地处理水溶性有机物。从表5可以看出H₂O₂加入量为0.10mol/L时，可使处理后的水达到排放标准。但实际上，经0.10mol/L H₂O₂处理后的废水，其COD_Cr要稍大于80mg/L，此时
pH为2～3，在用碱调pH为6－7时，其中Fe³⁺离子形成胶体，把其中一小部分有机物吸附，从而使废水的COD_Cr小于80mg/L。因此H2O2加入量为0.10mol/L即可。

4 结语

　　本实验利用H₂O₂、PAM、FeCl₃、FeSO₄等常见的化学试剂来处理金属切削加工冷却废水，达到很好的效果。处理过程需调pH，实验室用硫酸和氢氧化钠，而在工业废物处理站用废酸和废碱。另外，Fen－ton试剂作用阶段产生的Fe³⁺可应用于絮凝阶段，絮凝阶段产生的絮凝物经脱水可焚烧处理或作为含铁矿物运往铁冶炼厂。

参考文献：

　　[1]卢义程，赵建夫.高浓度乳化废水劳顿氧化试验研究[J].工业用水与废水，1999，30（4）：20－22.

　　作者简介：刘江勋（1974－），男，硕士研究生，主要从事废水的物化、生化及深度处理方面的研究。