徐冰，朱仁發(fā)，章峰（合肥學院，安徽合肥230601）

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實驗室有機廢水處理設備的構思

徐冰，朱仁發(fā)，章峰
（合肥學院，安徽合肥230601）

摘要：針對高等院校有機化學實驗室廢水，設計一種設備對其進行集中處理，使處理過的廢水能夠達到國家規(guī)定的標準。

關鍵詞：實驗室有機廢水；Fenton法；設備設計

1　研究背景

近十幾年來，隨著“科教興國”戰(zhàn)略國策的深入人心以及我國工業(yè)化的飛速發(fā)展，黨和國家對于科研教育經費的投入比重不斷加大。國內各重點院校的有機化學實驗室建設迅速發(fā)展。有機實驗室的污水排放量也隨之增加。但是由于各院校多為相對獨立的事業(yè)單位，區(qū)域分布不集中，廢水排放量不大，所以其污染易被忽視。這些有機實驗室，尤其是在中心城區(qū)和居民區(qū)的化學實驗室對環(huán)境的危害特別大，許多有機化學實驗室的排水管道與居民的排水管道相通，通過下水道形成交叉污染，最后流入江河中或者滲入地下，對水資源的危害不可估量。隨著人們環(huán)保意識的增強和相應環(huán)保法規(guī)的不斷完善，有機化學實驗室廢水處理的制度化、規(guī)范化已迫在眉睫。

Fenton試劑氧化是處理有機廢水的常見技術之一。它是一種采用H2O2為氧化劑，以亞鐵鹽為催化劑的均相催化處理方法。由于在反應中會產生氧化能力很強的·OH自由基，因此其反應速率快，氧化效率高，可使有機物的C—C鍵斷裂，并在適當的條件下最終將有機物氧化成CO2和H2O。

2　設備運行流程及原理

2.1設備運行流程

此設備以光電-磁Fenton氧化法為核心，涉及有機化工廢水處理技術領域。高校實驗室廢水量較少，濃度較高，并且其中部分實驗廢水可以作為改進Fenton氧化法的添加劑，大幅度提高Fenton反應的效率以及節(jié)約大量的試劑，達到綠色節(jié)能的目的。因此使用實驗室廢酸調節(jié)體系pH（若不足時需加入硫酸溶液），實驗室EDTA廢水作為催化劑增強體系的光效應試劑，因此需要在實驗室建立單獨管道和收集槽，這樣既可以減少EDTA和硫酸的投加量，節(jié)省成本，又可以減少廢水的產生量，從而達到綠色環(huán)保的目的。

在調節(jié)好高濃度有機廢水的pH之后，通過管道進入廢水處理池直至充滿，通過鼓風曝氣攪拌，在廢水表面的太陽光、環(huán)形電極和電磁鐵的強磁場作用下，反應一定時間，停留在液體上層的有機成分被氧化為礦物殘渣，通過重力沉降進入設備底部殘渣儲存槽，底部的廢水通過提升泵進入管道，并通過和管道連接的蜂窩式混合出水出氣箱進入環(huán)形電極之間進行循環(huán)反應。通過逐級削減污染負荷，最終使實驗室有機廢水達到國家環(huán)保要求。

2.2反應原理[1]

（1）Fenton氧化法

傳統(tǒng)的Fenton試劑只在酸性條件下發(fā)生作用，在中性和堿性環(huán)境中，F(xiàn)e不能催化H2O2產生·OH。當pH值在2～4范圍內時，氧化廢水處理效果較好，最佳效果出現(xiàn)在pH=3時。

（2）電—Fenton氧化法

電極反應：

①陽極反應：2H2O- 4e-→O2+4H+

②陰極反應：O2+2e-+2H+→H2O2

Fe3++e-→Fe2+

③溶液中：Fe2++H2O2+H+→Fe3++H2O+·OH

3　設備的構思

3.1環(huán)形電極

由原理可知，電—Fenton氧化法體系中陽極產生的氧氣是陰極反應的反應物，并且通過曝氣作用，可以提高陰極反應的效率，因此設計環(huán)形電極，極大地擴展了有效反應區(qū)域的面積，并且此電極的設計克服了電極水平安裝氣滯斷電，垂直安裝利用率不高的缺點。將氣泵安裝在電極底部，使得通入的空氣（氧氣）可以在電極之間從下而上通過，增加氧氣在陰極及溶液中的利用率。

3.2太陽光的合理利用

光電—Fenton氧化法是對傳統(tǒng)方法的改進，將光源引入電- Fenton體系中，紫外光可以促進Fe3+/Fe2+的轉化，另一方面紫外光也促使有機污染物的光解；可見光主要針對有色有機污染物如有機染料等，通過有色有機污染物的敏化作用，促使有機污染物的降解;太陽光具備紫外光和可見光的雙重催化作用。在光電協(xié)同作用下的Fenton方法既可以促進Fenton反應中Fe3+向Fe2+轉化，也具有自動產生H2O2的機制[4]，使H2O2產生·OH的效率提高[2-3]，充分利用氧化試劑和太陽光降解有毒有機污染物。此外，由于太陽光是無污染、無能耗的天然光源，因此是高等院校廢水處理光源的首選。根據此原理，反應池表面是光電Fenton體系反應活性最高的區(qū)域，因此，電極應該安放在池子的上部。

3.3EDTA以及實驗室強酸性廢水的利用

校園實驗室的EDTA在光照下可形成穩(wěn)定的鐵絡合物，且具有光化學活性，對高于200nm的光波有一較高的摩爾吸收系數，甚至能吸收500nm的可見光，產生·OH，因此EDTA實驗廢液需要倒入專門的通道，從而減少絡合試劑的用量，符合“減量化”“無害化”“資源化”的“三化”原則。同理，實驗室強酸性廢水污染性大，此反應需在pH為2～4的范圍內進行，因此也是對強酸性廢水進行的一個資源化的利用。

3.4磁場的運用

長久以來，F(xiàn)enton法的光電改進成果層出不窮，而磁的利用卻被忽視了。有文獻報導，當強磁場與Fenton試劑共同作用于廢水時，除對化學反應有一定的推動作用外[5]，在水溶液中，磁化作用還可以減少因氫鍵發(fā)生的分子締合，提高了·OH與有機物碰撞結合的概率，有利于反應的進行，表現(xiàn)出氧化速率提高[6]。

4　結論

（1）影響Fenton氧化法的因素中，電流、曝氣速率、攪拌速度均會對Fenton法產生影響。

（2）此設備由環(huán)形電極、電磁鐵、曝氣裝置、攪拌槳構成，在光照射下對高校有機廢水進行逐級處理，使之能夠達到國家規(guī)定的標準。

參考文獻

[1]王奇，潘家榮，梅朋森，等.電Fenton及光電Fenton法廢水處理技術研究進展[J].三峽大學學報（自然科學版），2008，30（2）：90- 91.

[2]張奕，賀纓，程文濤.高校實驗室廢水處理及防治污染措施評價初探[J].環(huán)境科學與技術，2006（8）：55.

[3]馬建華，董鐵友，郭昊. Fenton試劑處理實驗室有機廢水的實驗研究[J].環(huán)境科學保護，2009（1）：27- 28.

[4]馮俊生，陶靜，付益?zhèn)?磁強化Fenton處理苯酚廢水的試驗研究[J].環(huán)境科學與技術，2011，34（6）：177- 180.

[5]趙玉軍.高級氧化技術Fenton法在污水處理工藝中的現(xiàn)狀及其應用進展[J].天津化工，2010，24（5）：55- 58.

[6]杜鵑，馮瑞玉，趙靜，等.磁場改變物質理化性能及其分離效果的研究進展[J].河北化工，2006，29（11）：21- 24.□

·化工設備與自動化·

The Plot of Laboratory Organic Wastewater Treatment Equipment

XU Bing，ZHU Ren-fa，ZHANG feng
（Hefei University，Hefei 230601，China）

Abstract:This paper design a device for centralizing treatment of wastewater- organic chemistry laboratory wastewater in universities. Toenable it tomeet the standards set bythe state.

Key words:laboratoryorganic wastewater；Fenton method；equipment design

作者簡介：徐冰（1989-），男，合肥學院2013級環(huán)境工程研究生；通訊聯(lián)系人：朱仁發(fā)（1963-），男，教授，主要從事固體廢棄物的處理處置等研究工作，13515513735，zrfustc@163.com。

收稿日期：2015- 10- 23

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

文章編號：1008- 553X（2016）02- 0072- 02

doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2016.02.022