呂游

（中國石油遼陽石化公司礦區(qū)事業(yè)部)

強(qiáng)化鐵碳微電解法處理拉開粉廢水的研究

呂游*

（中國石油遼陽石化公司礦區(qū)事業(yè)部)

通過采用強(qiáng)化微電解法處理橡膠廠拉開粉廢水的實(shí)驗(yàn)并與傳統(tǒng)的微電解法相比較，得出強(qiáng)化微電解法處理拉開粉廢水優(yōu)于傳統(tǒng)微電解法，CODCr去除率由20%提高到50%，拉開粉去除率由25%提高到50%，克服了傳統(tǒng)微電解工藝中存在的鐵屑表面易鈍化失效和鐵屑結(jié)塊等缺點(diǎn)。

強(qiáng)化微電解微電解拉開粉廢水實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器

0 引言

鐵碳微電解主要基于電化學(xué)中的電池反應(yīng),涉及到氧化還原、電富集、物理吸附和絮凝沉降等多種作用。反應(yīng)過程生成的產(chǎn)物具有強(qiáng)氧化還原性,使常態(tài)難以進(jìn)行的反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)。它不但可以去除部分難降解物質(zhì)，大幅度降低色度，還可以改變部分有機(jī)物形態(tài)和結(jié)構(gòu)，提高廢水的可生化性，而且鐵碳微電解過程多采用廢鐵屑等工業(yè)廢料，因此可以節(jié)省處理費(fèi)用，達(dá)到以廢治廢的目的。

傳統(tǒng)的鐵碳微電解工藝在運(yùn)行過程中出現(xiàn)一些問題，主要表現(xiàn)在當(dāng)廢水濃度過高時(shí)，處理效果不穩(wěn)定，同時(shí)需要頻繁反沖洗和再生，多數(shù)情況下還出現(xiàn)了鐵屑表面鈍化和鐵屑結(jié)塊現(xiàn)象，從而使設(shè)備的處理效率降低甚至完全失效。其原因是在微電解反應(yīng)器中由微電池的反應(yīng)、表面接觸氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的電場、鐵離子、鐵氧體微粒等新生態(tài)中間體，通過氧化還原、電富集、吸附、催化、絮凝、過濾等作用被截留在固定床中，使鐵的表面形態(tài)發(fā)生了變化。

本研究通過在原有的微電解反應(yīng)器上外加直流電源以強(qiáng)化微電解作用處理拉開粉（BX）廢水，通過正交實(shí)驗(yàn)及單因素實(shí)驗(yàn)，考察了強(qiáng)化微電解中各影響因素，并與傳統(tǒng)微電解法的處理效果進(jìn)行了對比。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

1.1 廢水水質(zhì)

水樣來源于橡膠廠硬丁腈橡膠車間，水樣水質(zhì)情況為：pH 6～7，CODCr2 000～4 000 mg/L，BX 600～800 mg/L，SS 200～400 mg/L。廢水B/C值在0.08左右，同時(shí)廢水呈紅棕色，有刺激性氣味。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

強(qiáng)化鐵碳微電解實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖1所示，反應(yīng)器底部裝有曝氣頭，基礎(chǔ)填料有活性炭、鐵屑，反應(yīng)器中插入鈦板作為電極，板間距為8 cm。

圖1 強(qiáng)化鐵碳微電解實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

填料的預(yù)處理：先用10%NaOH溶液浸泡廢鐵屑10 min，去除廢鐵屑表面的油污，然后用清水沖洗至中性,再使用1%H2SO4溶液浸泡5 min，去除表面的氧化物，提高廢鐵屑表面活性，最后用水沖洗干凈?；钚蕴吭谑褂们霸谠瓘U水中浸泡至吸附飽和。

強(qiáng)化鐵碳微電解實(shí)驗(yàn)：先插入曝氣頭和鈦板電極，將預(yù)處理后的鐵屑與活性炭按比例混合均勻后裝入有機(jī)玻璃反應(yīng)器中；取經(jīng)過混凝沉淀處理后的廢水，將其pH值調(diào)至酸性，倒入反應(yīng)器中；通入壓縮空氣，打開直流穩(wěn)壓電源開關(guān)，反應(yīng)一定時(shí)間，取上清液，測定拉開粉濃度和CODCr。

1.4 分析

拉開粉測定參照蘭州市給排水公司《技術(shù)規(guī)程(質(zhì)2-1965)》中的方法進(jìn)行；其它測試方法均參照國家環(huán)?？偩帧端蛷U水監(jiān)測分析方法》。

2 結(jié)果與分析

2.1 強(qiáng)化鐵碳微電解實(shí)驗(yàn)

2.1.1 正交實(shí)驗(yàn)

以進(jìn)水pH、電解電流、反應(yīng)時(shí)間、溫度為因素，進(jìn)行四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，因素水平表見表1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析見表2?？疾爝M(jìn)水pH值、電流強(qiáng)度和反應(yīng)時(shí)間、溫度等因素對CODCr及拉開粉去除率的影響。

表1 強(qiáng)化微電解正交實(shí)驗(yàn)因素及水平

表2 強(qiáng)化微電解正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

通過正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算和極值分析得出：在三種影響因素中，各因素的影響作用大小依次為電流強(qiáng)度＞反應(yīng)時(shí)間＞進(jìn)水pH。反應(yīng)時(shí)間越短，電流強(qiáng)度越小，處理效率就越差，BX去除率就越低；反之，反應(yīng)時(shí)間越長，電流強(qiáng)度越大，BX去除率就越高。但電流強(qiáng)度高于7 A、反應(yīng)時(shí)間大于10 min時(shí)，繼續(xù)增加電流強(qiáng)度和延長反應(yīng)時(shí)間會(huì)帶來更多不利影響。在反應(yīng)時(shí)間為10 min時(shí)，繼續(xù)增加電流強(qiáng)度，廢水的溫度會(huì)持續(xù)增加，直至廢水沸騰，這會(huì)明顯增加處理成本。由正交實(shí)驗(yàn)可初步確定廢水處理的最佳條件為：pH=7.0，電流強(qiáng)度為5 A，反應(yīng)時(shí)間為10 min。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在酸性條件下，在一定的電流強(qiáng)度和較短的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，強(qiáng)化鐵碳微電解反應(yīng)器對CODCr的去除率可達(dá)到50%以上，對拉開粉的去除率可達(dá)到56%以上。

2.1.2 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.2 .1電流強(qiáng)度對處理效果的影響

在pH值為原水pH值、反應(yīng)時(shí)間為10 min的條件下，改變直流電源的電流強(qiáng)度分別為0 A、1 A、3 A、5 A、7 A和9 A，考察電流強(qiáng)度對處理效果的影響，結(jié)果見圖2。圖2表明，隨著電流強(qiáng)度的增加，CODCr和BX的去除率均增加，說明外加電流確實(shí)可以提高微電解反應(yīng)器的除污效果，而且隨著電流強(qiáng)度的增加，處理效果會(huì)越來越好。但考慮到電流強(qiáng)度的增加會(huì)增加實(shí)驗(yàn)成本，故電流強(qiáng)度定為5 A。

圖2 電流強(qiáng)度對處理效果的影響

2.1.2 .2反應(yīng)時(shí)間對處理效果的影響

在外加電流強(qiáng)度為5 A、進(jìn)水pH值為原水pH值的條件下，考察了反應(yīng)時(shí)間對處理效果的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 反應(yīng)時(shí)間對處理效果的影響

圖3表明，強(qiáng)化鐵碳微電解反應(yīng)器在較短的時(shí)間內(nèi)對拉開粉和CODCr的去除率比較高，隨著停留時(shí)間的延長，去除率也相應(yīng)提高，在10 min時(shí)，對拉開粉的去除率可達(dá)到49.8%，對CODCr的去除率可達(dá)到48.7%。廢水升溫很快，10 min后水溫可達(dá)50℃以上。若再延長反應(yīng)時(shí)間，廢水就會(huì)出現(xiàn)沸騰的現(xiàn)象，水體成糊狀，并呈磚紅色，這是由于高溫下鐵屑消耗較快并迅速轉(zhuǎn)化生成鐵的氫氧化物沉淀所致。這種情況對于提高處理效率收效不顯著，因此反應(yīng)時(shí)間不宜過長。反應(yīng)時(shí)間宜定為10 min。

2.1.2 .3 pH值對處理效果的影響

在反應(yīng)時(shí)間為10 min、外加電流強(qiáng)度為5 A的情況下，調(diào)節(jié)廢水的pH值，考察pH值對處理效果的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 pH值對處理效果的影響

由圖4可以看出，pH值在3～4之間，拉開粉和CODCr的去除率最高。pH值過低，去除率則低，這是由于在較低的pH值下（pH=1～3），鐵與酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，抑制了微電解反應(yīng)的進(jìn)行，而且加劇了鐵的消耗。pH值在4～7之間時(shí)，去除率則下降，這是由于在酸性環(huán)境下，有利于電離生成H2O2，在Fe2+的催化作用下，H2O2轉(zhuǎn)化為OH-、HO2，從而加快了有機(jī)物質(zhì)的氧化。但隨著pH值趨于堿性，F(xiàn)e2+與OH-生成Fe(OH)2，進(jìn)而氧化成Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)2和Fe(OH)3都有很好的絮凝作用，從而發(fā)生電絮凝，使去除率有所增加。故最佳反應(yīng)pH值為3～4。廢水本身的pH值接近于中性，在pH值等于7時(shí)，拉開粉和CODCr的去除率可分別達(dá)到53.5%和50.8%，因此考慮到調(diào)節(jié)廢水pH值的成本問題，確定將反應(yīng)的pH值定為原水pH值。

2.2 對比實(shí)驗(yàn)

對微電解反應(yīng)和強(qiáng)化微電解反應(yīng)兩種工藝的處理效果進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。微電解反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件為：進(jìn)水pH在3～4之間，停留時(shí)間為30 min。強(qiáng)化鐵碳微電解反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件為：進(jìn)水pH值為原水pH值，停留時(shí)間為10 min，電流強(qiáng)度為5 A。實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果見表3。由表3可以看出，強(qiáng)化鐵碳微電解反應(yīng)器對拉開粉和CODCr的去除率明顯優(yōu)于微電解反應(yīng)器對其的去除率。

表3 微電解對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）外加直流電源強(qiáng)化鐵碳微電解反應(yīng)器處理拉開粉廢水的去除效果優(yōu)于不加直流電源微電解反應(yīng)器的處理效果。

（2）外加直流電源強(qiáng)化鐵碳微電解反應(yīng)器對拉開粉廢水的適應(yīng)性強(qiáng)，可在不用調(diào)節(jié)pH值的環(huán)境下取得預(yù)期的處理效果。

（3）外加直流電源強(qiáng)化鐵碳微電解法處理拉開粉廢水的水力停留時(shí)間較短，使廢水在較短的時(shí)間內(nèi)得以處理，大大延長了反應(yīng)器的反沖洗周期，提高了處理效率。

[1] Aimin Wang，Jiuhui Qu，Jia Ru，et a1.Mineralization of an azo dye acid red 14 by electro-Fenton's reagent using an activated carbon fiber cathode[J].Dyes and Pigments，2005，65(3)：227-233.

[2] 李德生,王寶山.曝氣鐵炭微電解工藝預(yù)處理高濃有機(jī)化工廢水[J].中國給水排水，2003（10）：58-60.

[3] 趙春霞，張春輝，趙旭濤，等.鐵炭法處理高濃度難降解表面活性劑廢水的研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2006（8）：60-63.

[4] 葉亞平，唐牧，王麗華，等.動(dòng)態(tài)強(qiáng)化鐵碳微電解裝置處理印染廢水[J].中國給水排水，2004（6）：50-53.

[5] 國家環(huán)保局.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].第4版.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[6] 張自杰.排水工程(下冊)[M].第4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

Study on Nekal BX Wastewater Treatment with Intensified Ferric-carbon Micro Electrolysis

Lü You

Intensified micro electrolysis was used to treat nekal BX wastewater in rubber plant,and compared with traditional micro electrolysis,the results showed that intensified micro electrolysis was better than traditional micro electrolysis.The CODCrremoval efficiency increased from 20%to 50%,the nekal BX removal efficiency increased from 25%to 50%.The intensified micro electrolysis overcome the disadvantages of passivation failure on iron chips surfaces and iron chips agglutination in traditional micro electrolysis process.

Intensified micro electrolysis;Micro electrolysis;Nekal BX;Wastewater;Experiment;Reactor

TQ 03

*呂游，男，1983年生，助理工程師。遼陽市，111003。

2011-12-11）