混凝沉淀-微电解-Fenton组合工艺预处理香精香料废水

胡晓勇，蒋尊芳，宋乐山

(1.永清环保股份有限公司，湖南 长沙 410000；2.农业部南京设计院中南分院，湖南 长沙 410000)

0 引言

香精香料是重要的食品添加剂之一，其需求量在全球以年均4.3%的速度增长，促使香精香料产业不断兴起和扩大[1]。香精香料生产过程中产生的废水含有大量的有机物质，COD通常高达数万以上，且色度高、毒性大，组成复杂，含有氨氮、多环芳烃、致癌物苯等，难生化降解，水质波动大，属于典型的高浓度难降解有机废水[2-6]。若不经处理就排入水体会导致水生生物中毒，农作物减产，引发各种疾病，危害人体健康[7]。因此，对于高CODCr浓度的香精香料废水，在生化处理前，采用适宜的预处理显得尤为重要。预处理可以最大限度地去除或转化有毒、难以降解物质，从而降低废水的毒性，提高废水的可生化性，为后续生化处理提供良好的反应条件，降低生化反应器有机负荷[8-9]。现有香精香料废水的预处理方法主要有混凝法、微电解法、氧化法、Fenton法等[10-15]，但随着出水水质要求的不断提高，单一的处理工艺越来越不能满足当前废水处理要求，亟需两种或多种工艺组合使用以达到理想的处理效果。

针对香精香料生产废水的特性，本研究拟采用混凝沉淀-微电解-Fenton组合工艺来预处理此类废水，研究废水pH、药剂投加量、反应时间等因素对废水COD去除率的影响，以期为香精香料生产废水提供可行的预处理技术。

1 材料与方法

1.1 实验仪器及药剂

1.1.1 仪器

pH计:OHAUS ST10型。ES-200A:电子天平。曝气机:AOC-5503。

1.1.2 试剂

实验中使用的药剂均为分析纯。将药剂分别配制成质量分数为1%的聚合氯化铝(PAC)、5%的三氯化铁、0.06%的聚丙烯酰胺(PAM)、30%的双氧水、20%的硫酸、10%的氢氧化钠。

1.1.3 填料

铁碳微电解填料均由永清环保研究院提供。

1.1.4 废水

废水取自某香精香料有限公司车间出水，废水初始水质指标COD为58421mg/L、pH值为10.4。

1.2 实验方法

1.2.1 混凝实验

将50mL废水置于150mL的锥形瓶中，先用20%硫酸调节pH，然后加入适量絮凝剂三氯化铁，搅拌1min，再加入一定量的助凝剂PAM，搅拌5min。之后静置沉淀30min，取上清液检测COD。实验分别考察pH、三氯化铁、PAM等因素对废水COD的去除影响。

1.2.2 微电解实验

取经过混凝沉淀处理后的废水500mL，置于1L烧杯中，pH调至3～4，加入1kg铁碳材料，曝气反应3h，然后立即用10%的NaOH溶液调节pH值至10左右终止反应，之后静置沉淀60min后过滤，取样测定水样的COD指标。实验考察不同反应时间对废水COD的去除影响。

1.2.3 Fenton实验

取6只100mL的烧杯，将微电解反应后的废水100mL置于烧杯中，分别加入不同量的双氧水，反应5h后，取水样测定COD，以考察不同双氧水投加量对废水COD的去除影响。

1.3 检测方法

水样COD测定采用重铬酸钾消解法(GB11914-89)。

2 结果与讨论

2.1 pH值对混凝效果的影响

用20% H2SO4分别调节废水pH为2、3、4、5、6、7、8、9，之后分别加入5mL 1%的PAC和5mL 5%的FeCl3，在不同pH条件下，不同絮凝剂对香精香料生产废水COD的去除效果如图1所示。

图1 pH值对混凝效果的影响

由图1可知：当絮凝剂为PAC时，随着pH的升高，COD去除率逐步下降，废水pH 4时，去除率为12.3%。当絮凝剂为FeCl3时，随着pH的升高，出水COD先升高后降低，pH 7时，COD去除率为15.8%。由此可知，当废水pH为7时，采用FeCl3为絮凝剂，能够达到较好的处理效果。

2.2 絮凝剂投加量对混凝效果的影响

2.2.1 PAC投加量对混凝效果的影响

在以上最佳条件下，将废水pH调节至4，分别加入1、2、3、4、5、6、7、8、9、10mL的1% PAC，考察不同PAC投加量对混凝实验效果的影响。如图2所示。

由图2可知：随着PAC投加量的增加，反应出水的COD浓度逐渐减少，在9mL/50mL时，CODCr去除率为15.1%，效果最佳。

图2 PAC投加量对混凝效果的影响

2.2.2 FeCl3投加量对混凝效果的影响

在以上最佳条件下，将废水pH调节至7，分别添加2、3、4、5、6、7、8、9、10、11mL的5% FeCl3，对比不同FeCl3投加量对混凝实验的影响。结果如图3所示。

图3 FeCl3投加量对混凝效果的影响

由图3可知：随着FeCl3投加量的增加，反应出水COD浓度随着FeCl3投加量的增加而减少，当FeCl3投加量达到10mL/50mL时，COD去除率为19.4%，再增加FeCl3投加量，COD浓度反而增加，因而确定FeCl3投加量在10mL/50mL时，COD去除率最佳。

2.3 PAM投加量对混凝效果的影响

在以上最佳条件下，分别添加0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4mL的0.06% PAM，对比不同PAM投加量对FeCl3和PAC混凝实验的影响。

由图4可知：PAC混凝实验随着PAM投加量的增加，反应出水COD浓度先升高后降低，当PAM投加量在0.25mL/50mL时，COD去除率为19.8%。FeCl3混凝实验随着PAM投加量的增加，反应出水COD去除率逐步升高，当PAM投加量在0.25mL/50mL时，COD去除率为20.1%，效果最佳。再增加投加量COD去除率有所减少。同时由图4可知，在最佳条件下，絮凝剂FeCl3对废水COD的去除效果要高于PAC的效果，因此，后续实验都采用FeCl3+PAC作为混凝实验。

图4 PAM投加量对混凝效果的影响

2.4 反应时间对微电解反应的影响

取混凝沉淀后的水样，铁碳材料与废水的质量体积比为2∶1，并调节水样pH为3～4，分别曝气反应30、60、90、120、150、180min，以考察不同曝气时间对COD去除的影响。

如图5所示：CODCr去除率随着反应时间的增加而增加，当反应时间达到150min时去除率达到14.6%，之后随着时间的增加去除率变化很小。

图5 反应时间对微电解反应的影响

2.5 双氧水投加量对Fenton实验的影响

取混凝沉淀和微电解处理后的水样，分别加入0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mL双氧水，并反应5h，以考察不同双氧水投加量对废水COD去除的影响。

如图6可知：随着双氧水投加量的增加，COD去除率也随之增加，当双氧水投加量为0.4mL/100mL，去除率达到了36.6%，效果最佳。继续增加双氧水投加量CODCr去除率有轻微下降。

图6 双氧水投加量对Fenton反应的影响

3 结论

(1)香精香料废水属于难生物降解的废水，采取强氧化处理对其进行氧化降解，能降低其生物毒性，为后续生化处理提供有利条件。

(2)混凝+微电解+Fenton 组合工艺能够很好地对香精香料生产废水进行预处理，在以FeCl3为絮凝剂，pH=7，FeCl3投加量为10mL/50mL，PAM 投加量为0.25mL/50mL，经过混凝沉淀处理，废水COD去除率可达20.1%；当铁碳材料与废水的质量体积比为2∶1，pH为3～4，曝气反应时间150min时，经过微电解处理后，废水COD的去除率为14.6%；最后，Fenton反应5h，pH为4～5，双氧水投加量0.4mL/100mL时，COD去除率为36.6%。本研究采用混凝+微电解+Fenton组合工艺预处理香精香料废水，总COD去除率达到了60%，去除效果良好。