粒子電極法深度處理焦化廢水實驗

張春華,張 娜

(河北省唐山水文水資源勘測局,河北唐山 063000)

粒子電極法深度處理焦化廢水實驗

張春華,張 娜

(河北省唐山水文水資源勘測局,河北唐山 063000)

對粒子電極法在焦化廢水三級處理工藝方面的應用進行實驗。結果表明:在電解電壓12V、電解時間40min、活性炭加入少量玻璃珠粒子電極條件下,粒子電極法對焦化廢水二級處理出水的COD去除率可達到70%。

粒子電極;深度處理;焦化廢水;實驗研究

1 概 述

焦化工業產生的工業廢水污染物種類繁多,是典型的含有芳香族化合物及雜環化合物且較難降解的有毒有害高濃度有機廢水,目前國內所采用的焦化廢水處理系統多為一級處理工藝或二級處理工藝[1]。一級處理工藝指的是包括蒸氨、脫酚、終冷水脫氰等工藝;二級處理工藝主要指對酚氰污水的無害化處理,主要以傳統活性污泥法為主,以及以A-O法及其衍生方法(A-A-O、A-O-O等)為代表的生化處理工藝;三級處理工藝是對生化處理后的污水進行深度處理,如活性炭吸附、炭-生物膜法、氧化塘法等。

粒子電極法是針對傳統的雙電極法進行的改進方法,具體是指在傳統的二維電解電極間填充粒狀電極材料,使之帶電,并在材料表面發生電化學反應的電化學處理方法[2]。相對于傳統的雙電極法,其優點是顯著增大了電解電極的體表面積,有效提高了電化學效率,適用于電導率較低的有機污水處理,處理效果得到顯著改善。筆者研究的是一種采用粒子電極深度處理焦化廢水的電化學處理方法[3],初步探討了多種因素對粒子電極法去除焦化廢水中的COD的影響,為實際應用提供了參考依據。

2 實 驗

2.1 實驗用水

實驗用水取自某焦化廠A-O二級處理裝置出水,ρ(COD)為260～335mg/L;pH值6～7。

2.2 實驗裝置

由自制有機玻璃水槽、鋁板主電極、自制聚四氟曝氣分配板、曝氣管組成的電解槽(主電極面積為100mm×100mm,主電極間距200mm);SB-348A型氣泵;填充粒子電極(玻璃珠、吸附飽和活性炭粒);調壓變壓器等組成。電解槽裝置如圖1所示。

圖1 電解槽裝置示意圖

2.3 粒子電極處理

活性炭粒用去離子水清洗并煮過后,放入到實驗用水中浸泡24 h,過濾后繼續用實驗用水浸泡24h,以保證活性炭的吸附飽和,不對電解反應結果造成影響。

2.4 實驗原理

采用活性炭作為粒子電極對焦化廢水進行電解處理以提高電解去除效率的主要原理是,隨著粒子電極的加入,增大了電極體表面積,同時活性炭對有機物有較好的富集作用。加入粒子電極,可以有效地減小反應物在電極間的遷移距離,從而顯著提高電解去除效率。

主電極間施加足夠的電解電壓,使分布在主電極鍵的粒子電極帶電形成獨立的立體電解,每個粒子電解兩端均發生電化學氧化-還原反應,產生大量具有強氧化性的HO?,電解體系中的有機物在HO?作用下快速發生氧化反應及自由基鏈反應,使有機物得以快速降解[4]。

電極反應如下:

2.5 實驗方法

首先用重鉻酸鉀回流法準確測定實驗用水的COD濃度值;取實驗用水1000mL加入到電解槽中,填充粒子電極,通電、調壓,進行電解,同時進行曝氣,通氣量1L/min,記錄電解時間和電解電壓;完成后對過濾后的出水采用重鉻酸鉀回流法測定其COD濃度值,計算COD去除率。

3 實驗因素對COD去除率的影響

3.1 空曝實驗

首先進行了不加任何粒子電極的空曝實驗,結果表明,單純曝氣對COD去除率小于2%,故實驗中可忽略曝氣因素造成的影響。

3.2 電解電壓

在填充活性炭與玻璃珠體積比為2∶1的條件下 ,分別采用 3、5、8、10、12、15、18、20V 電解電壓進行處理,電解時間30min,測定COD去除率,結果如圖2所示。

圖2 電解電壓對COD去除率的影響

由圖2可見,COD去除率隨電解電壓的提高而呈現增大趨勢,但電壓超過12V后增大趨勢趨緩,最佳的電解電壓為12V左右。

一般來說,電解液相與粒子電極之間的電位差是電化學反應的驅動力。電位差越大,電極反應速率越大,但副反應發生的幾率和速率也隨之增大,如陽極析氧和陰極析氫反應,主電極的腐蝕反應等[5]。

3.3 電解時間

在電解電壓為12V、填充粒子為活性炭與玻璃珠,其體積比為 2∶1的條件下,分別采用 10、15、20、25、30、35、40 、45、60、90min電解時間進行處理 ,測定出水的COD去除率,如圖3所示。

圖3 電解時間對COD去除率的影響

由圖3可見,COD去除率隨電解時間的增加而呈現增大趨勢,電解40min以后去除率趨勢趨于平緩,這主要是由于初始體系內的COD濃度較高,濃差極化影響并不顯著,隨著電解時間的增加,COD濃度的下降,濃差極化的影響加強。最佳的電解時間為40min。

3.4 活性炭與玻璃珠體積比

在電解電壓為12V、電解時間為5—60min條件下,活性炭與玻璃珠體積比分別采用純活性炭、2∶1、1∶1、1∶2、這 4 種情況進行處理 ,測定 COD 去除率,對比結果如圖4所示。

圖4 活性炭與玻璃珠體積比對COD去除率的影響

由圖4可見,加入少許玻璃珠會對電解效果有積極影響,但玻璃珠的比例過大會降低電解效果。這主要是因為純粹的活性炭粒子會在電解槽底部聚積,形成短路電流,從而降低了電流效率。玻璃珠是絕緣體,可阻礙短路電流的形成,從而提高了電流效率。但由于玻璃珠與活性炭密度差別較大,隨著電解時間的增加會形成分層,從而降低玻璃珠阻礙電解電流形成的效果,故可考慮使用密度與活性炭相近的絕緣體作為共同填料。

3.5 pH值

在一般情況下,pH值是電解去除COD的重要影響因素之一。但作為焦化污水的三級處理工藝,在電解處理環節調節pH值顯然存在成本問題;又因為進水pH值變化不大,電解法去除COD的效果沒有顯著的下降,所以暫不對pH值對COD去除率的影響進行研究。

4 結 論

a.從實驗結果可見,電解電壓和電解時間是影響COD去除率的主要影響因素。電解電壓的增大,粒子電極表面產生HO?必然有所增大,粒子電極表面的直接氧化作用更加顯著,COD去除率將增大,然而隨著電流的進一步增大,水的電解反應加劇,將析出氫氣和氧氣,導致COD去除效率降低,得到最佳條件:電解電壓12V;電解時間40min。

b.在活性炭與玻璃珠體積比為2∶1的條件下,實驗效果最佳。活性炭的比例越大,其活性表面將越大,吸附有機物的效果將越好,越有利于在其表面發生的有機物氧化反應,進而COD的去除效果將更佳;然而若活性炭積聚在電解槽底部,導致在底部形成短路,使電解槽的效率下降,所以應加入少許絕緣體阻斷短路電流,并進行機械攪拌或曝氣攪拌。

[1]史曉燕,肖波,楊家寬,等.焦化廢水處理技術的進展[J].環境技術,2003,23(6):44-48.

[2]汪群慧,張海霞,馬軍,等.三維電極處理生物難降解有機廢水[J].現代化工,2004,10(24):56-58.

[3]尹承龍,單忠健,曾錦之.焦化廢水處理存在的問題及其解決對策[J].給水排水,2000,6(26):35-37.

[4]TISSOT P,FR AGNIERE M.Anodic oxidation of cyanide on a reticulated three-dimensional electrode[J].Journal of Applied Electrochemistry,1994,24(6):509-512.

[5]周集體,楊松,艾尼瓦爾,等.復極性固定床電解槽中粒子電極感應電位研究[J].環境科學與技術,2004(6):27-29.

Experimental study of advanced treatment of coking wastewater by particle electrode method

ZHANG Chun-hua,ZHANG Na
(Tangshan Hydrology and Water ResourcesSurvey Bureau of Hebei Province,Tangshan 063000,China)

The application of the technique of particle electrode in the tertiary treatment process of coking wastewater was studied,and the appropriate application conditionswere determined.The results showed that under the conditions of the electrolysis voltage of 12V,electrolysis time of 40 minutes,activated carbonwith addition of a little beaded glass particle electrode,the removal efficiency of COD in the secondary treatment of coking wastewater could reach 70%using particle electrode.

particle electrode;advanced treatment;coking wastewater;experimental study

X756

B

1004-6933(2011)03-0072-03

10.3969/j.issn.1004-6933.2011.03.018

張春華(1980—),女(滿族),河北唐山人,工程師,主要從事水文水資源及水環境研究工作。E-mail:springlinda@163.com

(收稿日期:2010-04-16 編輯:高渭文)