強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事業部)

強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事業部)

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

強化微電解微電解拉開粉廢水實驗反應器

0 引言

鐵碳微電解主要基于電化學中的電池反應,涉及到氧化還原、電富集、物理吸附和絮凝沉降等多種作用。反應過程生成的產物具有強氧化還原性,使常態難以進行的反應得以實現。它不但可以去除部分難降解物質，大幅度降低色度，還可以改變部分有機物形態和結構，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廢料，因此可以節省處理費用，達到以廢治廢的目的。

傳統的鐵碳微電解工藝在運行過程中出現一些問題，主要表現在當廢水濃度過高時，處理效果不穩定，同時需要頻繁反沖洗和再生，多數情況下還出現了鐵屑表面鈍化和鐵屑結塊現象，從而使設備的處理效率降低甚至完全失效。其原因是在微電解反應器中由微電池的反應、表面接觸氧化反應所產生的電場、鐵離子、鐵氧體微粒等新生態中間體，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，使鐵的表面形態發生了變化。

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

1 實驗裝置及方法

1.1 廢水水質

水樣來源于橡膠廠硬丁腈橡膠車間，水樣水質情況為：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，同時廢水呈紅棕色，有刺激性氣味。

1.2 實驗裝置

強化鐵碳微電解實驗反應器結構如圖1所示，反應器底部裝有曝氣頭，基礎填料有活性炭、鐵屑，反應器中插入鈦板作為電極，板間距為8 cm。

圖1 強化鐵碳微電解實驗反應器結構

1.3 實驗方法

填料的預處理：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。活性炭在使用前在原廢水中浸泡至吸附飽和。

強化鐵碳微電解實驗：先插入曝氣頭和鈦板電極，將預處理后的鐵屑與活性炭按比例混合均勻后裝入有機玻璃反應器中；取經過混凝沉淀處理后的廢水，將其pH值調至酸性，倒入反應器中；通入壓縮空氣，打開直流穩壓電源開關，反應一定時間，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《技術規程(質2-1965)》中的方法進行；其它測試方法均參照國家環保總局《水和廢水監測分析方法》。

2 結果與分析

2.1 強化鐵碳微電解實驗

2.1.1 正交實驗

以進水pH、電解電流、反應時間、溫度為因素，進行四因素三水平正交實驗，因素水平表見表1，實驗結果及分析見表2。考察進水pH值、電流強度和反應時間、溫度等因素對CODCr及拉開粉去除率的影響。

表1 強化微電解正交實驗因素及水平

表2 強化微電解正交實驗結果及分析

通過正交實驗結果計算和極值分析得出：在三種影響因素中，各因素的影響作用大小依次為電流強度＞反應時間＞進水pH。反應時間越短，電流強度越小，處理效率就越差，BX去除率就越低；反之，反應時間越長，電流強度越大，BX去除率就越高。但電流強度高于7 A、反應時間大于10 min時，繼續增加電流強度和延長反應時間會帶來更多不利影響。在反應時間為10 min時，繼續增加電流強度，廢水的溫度會持續增加，直至廢水沸騰，這會明顯增加處理成本。由正交實驗可初步確定廢水處理的最佳條件為：pH=7.0，電流強度為5 A，反應時間為10 min。

實驗結果表明：在酸性條件下，在一定的電流強度和較短的反應時間內，強化鐵碳微電解反應器對CODCr的去除率可達到50%以上，對拉開粉的去除率可達到56%以上。

2.1.2 單因素實驗

2.1.2 .1電流強度對處理效果的影響

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

圖2 電流強度對處理效果的影響

2.1.2 .2反應時間對處理效果的影響

在外加電流強度為5 A、進水pH值為原水pH值的條件下，考察了反應時間對處理效果的影響，結果見圖3。

圖3 反應時間對處理效果的影響

圖3表明，強化鐵碳微電解反應器在較短的時間內對拉開粉和CODCr的去除率比較高，隨著停留時間的延長，去除率也相應提高，在10 min時，對拉開粉的去除率可達到49.8%，對CODCr的去除率可達到48.7%。廢水升溫很快，10 min后水溫可達50℃以上。若再延長反應時間，廢水就會出現沸騰的現象，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，因此反應時間不宜過長。反應時間宜定為10 min。

2.1.2 .3 pH值對處理效果的影響

在反應時間為10 min、外加電流強度為5 A的情況下，調節廢水的pH值，考察pH值對處理效果的影響，結果見圖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），鐵與酸發生氧化還原反應，抑制了微電解反應的進行，而且加劇了鐵的消耗。pH值在4～7之間時，去除率則下降，這是由于在酸性環境下，有利于電離生成H2O2，在Fe2+的催化作用下，H2O2轉化為OH-、HO2，從而加快了有機物質的氧化。但隨著pH值趨于堿性，Fe2+與OH-生成Fe(OH)2，進而氧化成Fe(OH)3，Fe(OH)2和Fe(OH)3都有很好的絮凝作用，從而發生電絮凝，使去除率有所增加。故最佳反應pH值為3～4。廢水本身的pH值接近于中性，在pH值等于7時，拉開粉和CODCr的去除率可分別達到53.5%和50.8%，因此考慮到調節廢水pH值的成本問題，確定將反應的pH值定為原水pH值。

2.2 對比實驗

對微電解反應和強化微電解反應兩種工藝的處理效果進行對比實驗。微電解反應的實驗條件為：進水pH在3～4之間，停留時間為30 min。強化鐵碳微電解反應的實驗條件為：進水pH值為原水pH值，停留時間為10 min，電流強度為5 A。實驗對比結果見表3。由表3可以看出，強化鐵碳微電解反應器對拉開粉和CODCr的去除率明顯優于微電解反應器對其的去除率。

表3 微電解對比實驗結果

3 結論

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

（2）外加直流電源強化鐵碳微電解反應器對拉開粉廢水的適應性強，可在不用調節pH值的環境下取得預期的處理效果。

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

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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）