微電解深度處理焦化廢水實驗分析

潘書佳 劉寅閣

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焦化廢水是化工產品精制、煉焦過程中的主要產物，其處理一直是一大難題，因為焦化廢水一般都具有成分復雜的特點，很多焦化廢水的毒性比較大。如果任由焦化廢水不做處理肆意排放，其富含的酚類、雜環化合物和多環芳香族化合物等會嚴重危害環境和人類健康。焦化廢水在完成預處理后，一般采用生物處理法進一步處理，這種做法在國內比較普遍，但是存在一定的缺陷，處理后的廢水中的化學需氧量仍然超標，因此需要考慮深度處理焦化廢水的其他方法。

微電解法處理焦化廢水在近幾年來得到了較為廣泛的應用，許多國家都在積極推廣這種處理方法。鐵炭微電解法就是在廢水中形成無數個小的原電池，含炭物質作為陰極，以鐵作為陽極，廢水中豐富的離子都可以作為電解質，通過一系列的氧化還原反應和物理吸附等作用來到達廢水處理的目的。微電解法預處理焦化廢水方面的研究比較多，但是深度處理方面，相關研究還有待進一步的突破。

1 材料與方法

1.1 主要試驗儀器和材料

MS-3型COD微波消解儀，PGS-3C型pH計，721型分光光度計，有機玻璃微電解柱(DxH=160mmx1000mm)，有機玻璃沉淀池(DxH=800mmx2000mm)。

1.2 試驗用水

本試驗用水取自某焦化廠A2/0生化工藝二級沉淀池出水，該水呈深黃褐色，有刺鼻氣味，pH值為7.9-8.5，ρ(COD)=274--322mg/L，ρ(NH3N)=4.2-8.6mg/L.

1.3 試驗方法

取某個鑄鐵廠的廢鐵屑適量，長度在8-15毫米，寬度在3-6毫米，鐵屑多呈現方塊狀。在鐵屑的預處理方面，首先應除去表面油漬，用熱堿水浸泡一段時間后，再用一定濃度的稀酸浸泡，這樣稀酸會與鐵屑表面的氧化層發生反應，將氧化層除去，最后再用蒸餾水處理。活性炭的直徑一般在4-6毫米，要保證活性炭在實驗液體中浸泡足夠長的時間，使得其充分吸收原液中的污染物。

取200ml的水樣，再其中加入適量的鐵屑和活性炭，讓其充分反應，然后滴入適量的質量分數為10%的NaOH，逐漸調整PH值，待調到PH值為8-9后靜沉，然后提取適量的反應后的清液，最后測出其化學含氧量。

1.4 試驗項目檢測方法

COD采用密封快速微波消解法，NH3-N采用納氏試劑分光光度法，pH值采用PGS-3C型pH計。

2 結果與討論

2.1 反應時間對實驗效果的影響分析

反應最初的PH值控制在3，進而投放一定量（鐵屑30g/L,活性炭10g/L）鐵屑和活性炭顆粒，然后讓其充分反應并觀察記錄，在不同的反應時間，半小時、1-4小時等不同條件下分別記錄實驗結果，主要考察化學含氧量變化的結果。

化學含氧量隨著時間的推移，呈現明顯的下降趨勢。這是因為，反應時間的增加，可以有效增加原液中的新生態的[H]、亞鐵離子和鐵離子以及其他的氧化還原反應的中間產物，反應時間的增加有利于有機物的降解。一般在0-2小時內，隨著時間的增加，化學含氧量的變化有顯著的變化，但是2小時-4小時這個時間區間內，含氧量雖然一直在下降，但是下降的速率開始放緩。為了達到理想的處理效果，反應時間控制在4小時為佳。

2.2 初始pH值對實驗效果的影響分析

投放一定量（鐵屑30g/L,活性炭10g/L），調節PH值，觀察不同PH值（初始值為3，分別考察3，5，7，9和11）下的反應結果。

根據實驗結果分析，隨著酸堿度的提高，化學含氧量去除效率開始降低。在PH值為3的條件下，在反應時間為4小時時，COD去除率為45.93%，出水COD的質量濃度為155.78mg/L;而原水初始pH值為11時，反應4h后COD去除率僅為24.06%，出水COD的質量濃度為218.78mg/L，實驗證明在酸性條件下，焦化廢水的處理效果較為理想。這主要是因為酸性環境有利于降低酚類等有機物的溶解度，而且酸性環境有助于擴大電池電極電位差，有助于加速氧化還原反應。但是不是說PH值越低越好，因為過低的PH值，會增加離子濃度。所以，一般適宜的PH值應該在3左右。

2.3 鐵屑投入量變化對實驗效果的影響分析

保持活性炭顆粒的投入量為10g/L，原水初始的PH值為3，逐步增加鐵屑的投入量，觀察化學含氧量的去除效果（鐵屑投入量分別是10，20，·······50g/L）。

根據實驗結果分析,鐵屑投入量變化對實驗效果影響較大，鐵屑投入量從最初的10g/L增加為30g/L過程中，化學含氧量的去除效率較快，當鐵屑投入量繼續增加時，去除效率開始放緩，這是因為過多的鐵屑抑制了原電池的反應，而且易造成填料板結，從而影響反應活性點。綜合考慮確定鐵屑合適的投加量為40g/L。

同理，如果鐵屑投入量保持不變，在同等條件下，隨著活性炭顆粒投入量的增加，也造成填料板結，從而影響反應活性點。活性炭投加量控制在10g/L為宜。

3 結論

微電解工藝深度處理焦化廢水是未來很長一段時間研究熱點之一，因為微電解工藝深度處理實質是以廢治廢，而且處理的效果比較好：能夠有效降低焦化廢水的化學含氧量，出水無色無味。本文中采用靜態單因素的實驗方法，通過實驗數據觀察對比，得出，原液初始的PH值和反應時間、活性炭和鐵屑的投放量等都會影響廢水的處理效果。

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