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UV光助Fenton-檸檬酸體系處理甲醛廢水的研究

文檔作者：劉波，張志國，雷得定文檔來源：永港偉方(北京)科技股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年09月03日
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2018年第4期(總第151期)
鈺i夏與芋釷
ENERGY AND fiNERGY CONSERVATl0N 2018年4月
UV光助Fenton一檸檬酸體系處理甲醛廢水的研究
劉波，張志國，雷得定
(永港偉方(北京)科技股份有限公司，北京100080)
摘要： 采用UV光助一檸檬酸體系對纖維板熱壓廢氣洗滌廢水進行處理，研究了H20：添加濃度、FeSO。濃度、pH值、光
照時間及檸檬酸用量對甲醛去除率和COD。去除率的影響，初步確定了最佳條件。在此基礎上按照工業(yè)化應用要求進行了
循環(huán)動態(tài)試驗，結果表明，Uv光助檸檬酸體系處理高濃度含醛廢水是可行的。
關鍵詞：纖維板；廢水；紫外燈；檸檬酸；甲醛
中圖分類號：X79 文獻標識碼： A 文章編號： 2095—0802一(2018)04—0098—03
Study on Treatment of Waste Water Containing Formaldehyde by Photo-Fenton／Citrie Acid
System
LI U Bo，ZHANG Zhiguo，LEI Deding
(Yonggang Weifang(Beijing)Technology Co．，Ltd．，Beijing 1 00080，China)
Abstract：The treatment of scrubbing waste water from hot-press waste gas in the fiberboard production by Photo—Fenton／Citrie
Acid System is performed．The various influence on removal rates of formaldehyde and CODc,are discussed such as the fortified
concentration of H202 and concentration of FeSO“pH value，UV light radiation time and dosage of citric acid in this paper．The
most suitable operating conditions are chosen by experiments．Furthermore，the dynamic simulated tests are made based on the
results of experiment．It is feasible to treat the waste water containing formaldehyde in high concentration using the Photo—Fenton／
Citric Acid System．
Key words：fiberboard；waste water；UV light；citric acid；formaldehyde
0 引言體系對降解甲醛的效果及對其影響的各種因素。
目前纖維板主要采用干法纖維板生產(chǎn)工藝，在纖
維干燥工序和熱壓工序排放大量的廢氣，其中含有一
定量的甲醛，對大氣造成環(huán)境污染，行業(yè)內通常采用
洗滌的方法將廢氣中的甲醛轉移到水中，然后對廢水
進行處理111。纖維干燥熱壓含污廢水具有高CODo(化
學需氧量)、高甲醛濃度、可生化性差等特點，是一類
比較難處理的廢水，而去除甲醛是廢水處理的主要問
題。Fenton試劑氧化法是有效降解廢水中甲醛的一種高
級氧化技術，經(jīng)化學氧化處理后，破壞了甲醛的生物
毒性，完全可將其和生活污水混合，進人污水處理廠
處理，但Fenton技術存在氧化劑成本高、鐵泥難處理
等缺點12]。人們發(fā)現(xiàn)把紫外光、可見光引人Fenton試
劑，可顯著增強Fenton試劑的氧化能力并節(jié)約H20：的
用量[31。但當有機物濃度高時，被鐵離子配合物所吸收
的光量子數(shù)很少，且需較長的輻射時間，H：O：的投加
量也隨之增加，羥基自由基被高濃度的H20：所削減，
因而UV／Fenton法一般只適宜于處理中低濃度的有機廢
水。當在UV／Fenton體系中引入光化學活性較高的物質
時，可有效提高對紫外線和光的利用效果[41。檸檬酸是
一種光化學活性高的有機酸，本文以纖維板熱壓廢氣
洗滌廢水為目標污染物，主要研究光助Fenton一檸檬酸
收稿日期：2018—02—04
基金項目：2016年國家重大研發(fā)計劃課題基金(2016yf0600703)
第一作者簡介：劉波，1979年生，男，湖南常德人，2006年畢業(yè)
于北京林業(yè)大學林產(chǎn)化工專業(yè)，碩士，高級工程師。
·98·
1實驗部分
1．1試驗儀器
a)污水處理紫外燈。佛山君睿光電科技有限公司
潛水殺菌燈J6WT5，功率6 W，波長254 nm；b)污水
處理紫外燈。佛山君睿光電科技有限公司潛水殺菌燈
JF80WI'5，功率80 w，波長254 nm；c)722可見分光
光度計。上海菁華科技儀器有限公司；d)HHS一1型恒
溫水浴鍋。上海圣欣科學儀器有限公司；e)恒溫培養(yǎng)
箱。上海博訊事業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠。
1．2試驗材料
a)H202。含量30％，分析純；b)FeS04·7H20。分
析純；c)檸檬酸。分析純；d)NaOH。分析純；e)H2S04。
含量98％，分析純；f)甲醛。含量37％，分析純；g)
I：。分析純；h)KI。分析純；i)K：Cr20，。分析純；j)可
溶性淀粉。分析純；k)N茚：0，。分析純；1)A92SO。。分
析純；m)HgSO。。分析純；n)(NH4)zFe(S04)2-6H20。分
析純；o)C。H，KO。。分析純；p)1，10菲繞啉。分析純；
q)KH2P04。分析純；r)K2HP04。分析純；S)Na2HP04。
分析純；0 NH4Cl。分析純；u)MgSO。。分析純；v)
CaCl：。分析純；W)FeCl3。分析純；x)MnSO。。分析純。
廢水水樣：取自廣東封開威利邦人造板廠熱壓廢氣
洗滌廢水，其主要指標見表1。
1．3實驗方法
1．3．1靜態(tài)試驗
試驗裝置如圖1所示，取一定體積的廢水置于玻璃
萬方數(shù)據(jù)
2018年第4期劉波，等：uv光助Fenton一檸檬酸體系處理甲醛廢水的研究2018年4月
表1廢水水質指標
項目
CODa
pH
范圍3 980 1 050 2 080 5．0
注：COD。為化學需氧量；BOD5為5日生化需氧量；HCHO為甲醛
容器中，調節(jié)廢水到一定pH，加入FeSO。、檸檬酸和
H：0：同時處理，用6 W紫外燈照射一定時間后測定溶
液中的甲醛含量和CODo值，根據(jù)廢水中甲醛含量和
COD。值，計算去除率，最后得出最佳效果來選定最佳
試驗條件。
1．磁力攪拌器；2．紫外燈管；3．整流器；4．電源
圖1靜態(tài)試驗裝置圖
1．3．2循環(huán)動態(tài)試驗
試驗裝置如圖2所示，一定體積的廢水水樣在一
定流量下用80 w的紫外燈光照，經(jīng)循環(huán)處理一定時間
后，取樣分析，測定甲醛含量、CODo值及BOD，值。
1．循環(huán)水槽；2．循環(huán)泵；3．流量計；4．光反應器；5．紫外燈管；6．整流
器：7．電源
圖2試驗裝置圖
1．3分析方法
1．3．1 甲醛濃度的測定
按照乙酰丙酮分光光度法嗽4定。
1．3．2 CODo的測定
按照重鉻酸鹽法【毋測定。
1．3．3 BOD；的測定
按照稀釋和接種法r7鍘定。
2結果與討論
2．1 H：0：添加濃度影響
分別取1 L廢水，用H2S04調pH=3．0，加入0．2 g
FeSO。·7H20和0．3 g檸檬酸，然后分別加入一定量的
30％濃度的H20：溶液，經(jīng)紫外燈照射60 min后測甲醛
含量和CODo，結果如圖3所示。
從圖3可看出，隨著H：0：添加濃度的增加，甲醛
去除率和CODD去除率隨之增加，但當H20：添加濃度
超過10 g／L后，甲醛去除率和COD。去除率增加緩慢。
這是因為在光Fenton反應中，H：0：濃度較低時，濃度
的增加可加大羥基自由基的生成，但當H：O：濃度升高
一定濃度后，H：0：破壞生成的羥基自由基，造成H：0：自
身無效分解。所以，綜合考慮成本因素，本實驗選定
30％H202投加量為10 g／L。
80
堡60
辭
煮40
罄20
0
+甲醛去除率+COD。，去除率
80
60 Q
40燦
需
20嘲
零
0
5 7 9 1l 13 15 17 19
Hz02添加濃度／(g·L。)
圖3 H。O。添加濃度對甲醛去除率和GOD。去除率的影響
2．2 FeSO。濃度的影響
分別取l L廢水，用HESO。調pH=3．0，分別加入
一定量的FeS04"7H：0和0．3 g檸檬酸，然后分別加入
10 g 30％的H202溶液，經(jīng)紫外燈照射60 rain后測甲
醛含量和COD＆，結果如圖4所示。
80
寨60
鬟40
掣20
0
+甲醛去除率+COD．，去除率
0 O．2 0．4 0．6
FeSO。濃度／(g·L‘1)
80
n
60昌
0
40蚺
褥
20芝
零
O
圖4 FeSO。濃度對甲醛去除率和CODo去除率的影響
從圖4可看出，隨著FeSO。濃度的增加，甲醛去除
率和CODo去除率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，F(xiàn)eSO。濃
度為0．2 g／L時，甲醛去除率和COD。去除率最高，這
是H：0：在Fe2+催化下迅速產(chǎn)生大量·OH，同時Fe(OH)22+
在紫外光照射下也會迅速產(chǎn)生·OH，羥基自由基相互碰
撞結合生成H20，降低了·OH的利用效率，處理效率下
降。因此，本實驗確定H20：濃度為10璣時，F(xiàn)eSO。·
7H20濃度為0．2 g／L。
2．3 pH的影響
分別取1 L廢水，分別用H2SO?；騈aOH調pH=
3．0、pH=5．0、pH=7．0、pH=9．0、pH=l 1．0，然后加入
0．2 g FeS04"7H20和0．3 g檸檬酸，及10 g 30％的H202
溶液，經(jīng)紫外燈照射60 rain后測甲醛和COD。，結果
如圖5所示。
從圖5可看出，隨著pH的升高，甲醛去除率和
COD。去除率顯著下降，這是因為當pH值大于7時，
Fe2+開始形成絮體沉淀，直接影響反應的進行。在酸性
·99·
萬方數(shù)據(jù)
+甲醛去除率+CODcr去除率
pH
圖5 pH對甲醛去除率和GOD。去除率的影響
紅i吞與予釷
80
60 Q
40燦
秀
20芝
迪
0
條件下，F(xiàn)e2+能穩(wěn)定存在，檸檬酸和Fe“以絡合物形式
存在，具有較高的光化學活性。因此，本實驗選定
pH=3．0。
2．4反應時間的影響
取1 L廢水，用H2S04調pH=3．0，加入02 g的FeSO。·
7H20和0-3 g檸檬酸，然后加入10 g 30％的H202溶液，
分別經(jīng)紫外燈照射10 min、20 min、30 min、60 min
和120 min后測甲醛和COD。，結果如圖6所示。
80
蓬60
辭
鬟40
鎣20
()
+甲醛去除二翠+COD。。去除率
圖6反應時間對甲醛去除率和GOD。去除率的影響
從圖6可看出，隨著時間的延長，甲醛去除率和
COD。去除率呈現(xiàn)增加的趨勢，說明光照時間有利于提
高處理效率，但當光照時間超過60 rain后，增加幅度
明顯放緩。因此，綜合考慮能耗因素，本實驗確定光
照時問為60 rain。
2．5檸檬酸濃度的影響
分別取1 L廢水，用H：SO。調pH=3．0，分別加入
0．2 g的FeSO。·7H：O和一定量檸檬酸，然后加入10 g
30％的H：O：溶液，經(jīng)紫外燈照射60 min后測甲醛濃度
和CODm結果如圖7所示。
從圖7可看出，隨著檸檬酸濃度的增加，甲醛去
除率和COD。，去除率先增大后減小。其原因可能是，檸
檬酸與Fe“形成具有光化學活性的絡合物，大大提高
了光化學反應效率；但檸檬酸用量過大，會導致H：O：
和Fe(OH)22+迅速產(chǎn)生大量·OH，高濃度的·OH容易相
互碰撞而結合生成水，降低了·OH的利用率，最終導
致處理效率下降。因此，本實驗確定檸檬酸的濃度為
0．3 g／L。
·100·
80
蓬60
辭
煮40
罄20
0
+甲醛去除率+COD。．去除率
80
60 8
羅
40蚺
罨
20量
翠
O
0 0．1 0．2 0．3 0．4 0．5 O．6
檸檬酸用量／(g‘L。)
圖7檸檬酸濃度對甲醛去除率和GOD。去除率的影響
2．6循環(huán)動態(tài)試驗結果
通過小試，確定了初步的實驗條件，并在此基礎上
按照工業(yè)化應用要求進行了動態(tài)試驗。首先在循環(huán)水
槽中加入10 L廢水，然后用硫酸調pH=3．0，然后加入
2 g FeS04"7H20、3 g檸檬酸，打開循環(huán)泵，控制流量
在1 L／rain，開啟低壓汞燈，待10 rain后紫外燈達到穩(wěn)
定，然后加入10 g 30％H202，分別隔30 min、60
min、90 min、120 min后取樣測甲醛含量、COD。和
BOD，，結果見表2。
表2循環(huán)動態(tài)試驗結果
甲醛含量COD。BOD。
序號樣品BODJCOD。
mg／L mg／L m舡
l 原水2 080 3 980 l 050 O_26
2 光照30min 1 260 l 940 640 0．33
3 光照60min 330 l 830 750 0．4l
4 光照90rain 330 1 707 780 0．46
5 光照120min 300 1 500 720 0．48
從表1可看出，uV(紫外)光助Fenton一檸檬酸體
系對處理熱壓廢氣洗滌含甲醛廢水具有很好的效果，
甲醛含量大大減小，降低了廢水的毒性，同時廢水的
可生化性顯著提高，降低了后續(xù)生化處理的難度。因
此，uv光助檸檬酸體系對于處理高濃度含醛廢水是可
行的。
3結語
a)實驗結果表明，檸檬酸的引入可大大提高光助
Fenton的處理效率，對于高濃度含醛廢水具有較好的去
除效果，經(jīng)光助Fenton檸檬酸體系處理后的熱壓洗滌
含醛廢水可生化性得到較大程度的提高，降低了后續(xù)
生化處理的難度；
b)光助Fenton檸檬酸體系處理熱壓洗滌含醛廢水，
受H：O：添加濃度、FeSO。濃度、pH、光照反應時間及
檸檬酸濃度等的影響。通過實驗，初步確定實驗最佳
條件為：H20：添加濃度為10 g／L、FeSO。濃度為0．2 g／L、
pH=3．0、光照反應時間為60 min、檸檬酸濃度為0．3 g／L；
C)相對于Fenton試劑法，光助Fenton檸檬酸體系
藥劑的消耗量大大減少，同時大幅降低了鐵泥的產(chǎn)生，
但需消耗一定的電能，運行成本偏高是其存在的主要
(下轉182頁)
∞
∞
∞
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棗＼腳壘瞇氆}
萬方數(shù)據(jù)
2018年第4期鈺；夏與下釷2018年4月
能量，但是作用時間卻減少了。在選擇炸藥時最重要
的是與巖石的性質相匹配，比如波阻抗高的巖石選擇
高猛度炸藥，波阻抗低的巖石采用高爆力炸藥是最合
適的，這樣才可以在爆破中發(fā)揮最大的作用口1；
C)掏槽設計。掏槽設計和掏槽工藝均可以通過人
為進行控制，掏槽設計與施工工藝之間有不可分割的
聯(lián)系。目前中國礦山爆破有多種直眼掏槽形式，主要
是炮眼的數(shù)目、炮眼之間的距離及炮眼的直徑略有不
同，但是它們總體上都遵循相同的準則：為了確保巖
石在爆破以后貫通形成通路就必須保證空孔與裝炮眼
之間的距離；第一次爆破的裝藥眼和后來爆破的裝藥
眼之間的距離不僅要大于100 mm，還必須超過單孔爆
破所產(chǎn)生的破碎區(qū)的范圍；炮眼須留有足夠的空間，
在發(fā)生爆破以后爆破所產(chǎn)生的混合氣體及破碎的巖石
能從炮眼中完全拋出。因為在巖體中采用直眼爆破所
受的應力較大且拋擲能力差，這就要求在進行直眼掏
槽時的裝藥量必須滿足爆破后產(chǎn)生大量裂隙，增加炮
眼的拋擲效果；
d)施工工藝。掏槽的施工工藝主要包括打眼、裝
藥及封堵。根據(jù)設計可以人為控制打眼位置和打眼角
度，特別是在打直眼時應盡可能做到快、準、直、齊。
兩個對稱的直炮眼應盡可能鉆鑿同一深度，炮眼底部
在同一水平面上，斜眼可以通過控制釬尾與中線之間
的距離來調整角度。為了滿足軸向不耦合系數(shù)須選用
合適的炮眼直徑和鉆頭，若不耦合系數(shù)不滿足則會導
致沖擊波產(chǎn)生的應力過大，致使裂隙發(fā)育。此外還有
炮底泥的長度和材料會對巖石的爆破速度和有效能量
造成影響，為了達到最佳的爆破效果，炮眼的封堵長
度應大于炮孔間距的1．5倍，這樣可以同時實現(xiàn)巖石完
全破碎和能量的高效利用。
3直眼與斜眼掏槽的優(yōu)缺點比較
3．1直眼掏槽的優(yōu)缺點
所謂的直眼掏槽是指炮眼之間相互平行且垂直于
工作面，并且為了提供更多的自由面設有一些不裝炸
藥的空孑L，炮孔之間的間距一般較小。
直眼掏槽的優(yōu)點：a)當炮孔的深度發(fā)生變化時，
由于炮孑L的軸線垂直于工作面，掏槽的布置位置可以
不變，這樣便于工人操作和可以實現(xiàn)多臺鉆機同時機
械化作業(yè)，提高了工人的工作效率；b)采用直眼掏槽，
掏槽的深度不受巷道斷面寬度的影響；C)直眼炮孑L的
拋擲距離小，拋落的巖石較集中，不會損害巷道和支
護設備。
直眼掏槽的缺點：a)直眼掏槽技術較為復雜，對
工人的操作要求高；鉆孔質量和鉆孔參數(shù)需要嚴格要
求；b)炮眼裝藥量小而炸藥的消耗量大，所以需要更
多的鉆孔，加大了工人的工作量。
3．2斜眼掏槽的優(yōu)缺點
所謂的斜眼掏槽是指炮眼的軸線與巷道斷面斜交，
目前中國煤礦企業(yè)在巖石巷道掘進時多采用斜眼掏槽。
斜眼掏槽具有以下優(yōu)點：a)爆破需要的炮孔數(shù)目
少；b1斜眼炮孔的拋擲距離較大，形成的自由面更為
有效；C)斜眼掏槽對角度要求不是特別精確，工人便
于操作。
斜眼掏槽的缺點：a)采用斜眼掏槽時掏槽的深度
受到巷道斷面寬度的限制，掏槽眼軸線與工作面的角
度通常為55。一750，不利于工人進行機械化作業(yè)；b)斜
眼炮孔的拋擲距離大，拋落的巖石比較分散，能量較
大，會損害巷道和支護設備，裝巖較為困難141。
4結語
巖石的爆破是由沖擊波、應力波及爆破產(chǎn)生的高
溫高壓氣體三者共同作用產(chǎn)生的，因巖石的物理力學
性質各不相同，所以造成爆破效果也不同，只有充分
分析巖石的物理力學性質，并根據(jù)巖性選擇性能匹配
的炸藥和施工工藝才能達到最好的爆破效果。
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(責任編輯：季鑫)
(上接100頁)
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