轉鼓鐵碳微電解法預處理液晶廢水

羅 曉，岳 琳，洪 綱，劉艷芳

（1. 河北科技大學 環境科學與工程學院，河北 石家莊 050018；2. 石家莊市環境監測中心，河北 石家莊 050011）

隨著信息產業和電子工業的快速發展，液晶顯示器被越來越廣泛地應用于電視、電腦顯示器、移動電話、儀表等領域。由于市場對液晶材料的需求增大，我國新型液晶材料的研發不斷發展，生產規模也逐年擴大。單體液晶采用化學合成方法生產，不同的單體液晶生產所用的原材料有所不同，產生的廢水中有機污染物濃度高、成分復雜、毒性大，且難以被微生物降解，因而處理的難度較大，目前多采用物化法與生化法組合的工藝進行處理［1-3］。

鐵碳微電解法是一種基于原電池原理的廢水處理技術［4-8］。微電解處理廢水多采用固定填料床的塔式過濾裝置，但固定床易發生填料板結、堵塞，影響長期使用效果；而采用轉鼓式反應器不僅可以增強填料與廢水的傳質，而且可以有效避免填料的板結現象［9-11］。

本工作采用轉鼓鐵碳微電解法對液晶廢水進行預處理，優化了工藝條件，并通過連續運行試驗考察了凈化效果。

1 實驗部分

1.1 材料與制備

廢水：河北省石家莊市某顯示材料廠生產單體液晶材料所排放的廢水，pH=1.8～2.3，COD=6 500～9 000 mg/L，BOD5=1 243～1 523 mg/L，主要污染物有甲苯、醇類、環烷烴類、石油醚、四氫呋喃以及2-甲基四氫呋喃等。

鐵碳微電解裝置填料：鑄鐵屑和活性炭的混合物。收集、篩選2～10 mm粒徑的車床加工廢棄的鑄鐵屑，用60 ℃、3%（w）的NaOH溶液浸泡30 min，清水漂洗，以去除鐵屑表面所吸附的機油；然后用1%（w）的HCl溶液浸泡10 min，清水漂洗，以去除鐵屑表面的氧化物并使其活化，烘干。活性炭先用40目篩子去除易漂浮損失的細小顆粒，然后將其加入到一定量的廢水中，攪拌、浸泡，使活性炭達到吸附飽和后烘干。NaOH和HCl：分析純。

1.2 實驗裝置及方法

采用裝有微孔曝氣頭的500 mL量筒進行確定最佳鐵碳比（m（鑄鐵屑）∶m（活性炭））的實驗。量筒中加入鐵屑與活性炭混合物作為填料，量筒底部放置微孔曝氣頭，曝氣2.5 h，靜置0.5 h，取上清液測定COD［12］。

轉鼓鐵碳微電解實驗的工藝流程見圖1。轉鼓鐵碳微電解反應器按文獻［11］報道的方法制作，轉鼓由轉鼓軸、隔板和外層篩網組成，并設有方便填料裝卸和補充的構件。鑄鐵屑與活性炭按一定比例混合后置于轉鼓被隔板分隔的若干個小室中。轉鼓軸以下約1/3的部分浸沒于水中。設備工作時，轉鼓以一定轉速旋轉。廢水由廢水貯槽經進水泵加入轉鼓鐵碳微電解反應器，調控HRT；處理后出水溢流至氧化槽，在曝氣條件下進一步反應；氧化槽出水溢流至豎流式沉淀槽，沉淀分離懸浮雜質后流出系統。

圖1 轉鼓鐵碳微電解實驗的工藝流程

2 結果與討論

2.1 鐵碳比對COD去除率的影響

向量筒中分別加入50 g不同鐵碳比的填料，再加入200 mL pH=2.0、COD=8 713 mg/L的廢水進行預處理實驗。經曝氣處理后，測定水樣COD，計算COD去除率。鐵碳比對COD去除率的影響見圖2。由圖2可見，當鐵碳比為1∶1.5時，COD去除率最高，達47.6%。因此，選擇鐵碳比為1∶1.5較適宜。

圖2 鐵碳比對COD去除率的影響

2.2 廢水pH對COD去除率的影響

轉鼓鐵碳微電解實驗裝置的實驗條件為：鐵碳比1∶1.5，填料裝填率（填料體積與反應器有效容積之比）1∶10，HRT=3 h，轉鼓轉速2 r/min，室溫（20 ℃左右）。用HCl或NaOH溶液將廢水pH分別調節至1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，分組進行實驗。每組實驗在開啟進水泵進水處理3.0 h后取樣，測定水樣COD，計算COD去除率。廢水pH對出水COD及COD去除率的影響見圖3。由圖3可見：當廢水pH=2.0時，COD的降幅最大，去除率達49.8%；此后，隨pH的增大，COD去除率下降。因此，選擇廢水pH=2.0較適宜。

圖3 廢水pH對出水COD及COD去除率的影響● 出水COD；■ COD去除率

2.3 HRT對COD去除率的影響

控制轉鼓轉速為2 r/min，在填料鐵碳比為1∶1.5、填料裝填率為1∶10、廢水pH=2.0的條件下，調控設備的HRT=1，2，3，4，5，6 h，分別取進出水水樣，測定COD。

HRT對出水COD和COD去除率的影響見圖4。由圖4可見：出水COD隨HRT的增加而下降；在實驗設定的6 h內，HRT越長，COD去除率越高。HRT=1 h時COD去除率達到32.2%，3 h時達到47.6%，6 h時達到50.0%；但HRT＞3 h后，COD去除率提高的幅度不明顯。從實際工程考慮，延長HRT會增大投資和工程占地，所以HRT應控制在3 h為宜。

圖4 HRT對出水COD和COD去除率的影響● 出水COD；■ COD去除率

HRT對出水BOD5/COD的影響見圖5。由圖5可見，廢水經轉鼓鐵碳微電解處理后，BOD5/COD隨HRT的延長而提高，處理前為0.181，3 h后提高到0.265，5 h后達到0.287。綜合考慮，選擇HRT=3 h較適宜。

圖5 HRT對出水BOD5/COD的影響

2.4 填料裝填率對COD去除率的影響

在轉鼓鐵碳微電解反應器內加入鐵碳比為1∶1.5的填料，在控制轉鼓轉速2 r/min、HRT=3 h、廢水pH=2.0的條件下，填料裝填率對COD去除率的影響見圖6。由圖6可見：填料裝填率為1∶10時處理效果最好，COD去除率達到46.8%。這是由于：在轉鼓中填料裝填過多時，轉鼓轉動時填料不能實現充分攪拌，同時傳質也會受到一定影響；而填料裝填率低時微電解反應物不足，反應速率緩慢。因此，選擇填料裝填率為1∶10較適宜。

圖6 填料裝填率對COD去除率的影響

2.5 裝置連續運行的穩定性

在上述實驗確定的最優工藝條件下，進行30 d的裝置連續運行試驗，以檢驗系統的運行穩定性。裝置連續運行的試驗結果見圖7。由圖7可見，雖然進水水質有所變化，但轉鼓鐵碳微電解設備對廢水COD的去除率在30 d內基本穩定，保持在40.1%～43.2%之間，并呈緩慢下降趨勢。

圖7 裝置連續運行的試驗結果● 進水COD；■ 出水COD；▲ COD去除率

試驗結束后將填料卸出并檢查、稱量，發現填料仍保持良好的分散狀態，無任何板結或團聚現象。填料稱量結果顯示，30 d后鑄鐵屑的消耗量為0.32 kg，消耗率為6.4%。由此可見，在轉鼓鐵碳微電解反應裝置運行過程中，需定期補充鑄鐵屑。

3 結論

a）轉鼓鐵碳微電解法預處理液晶廢水的優化工藝條件為：鐵炭比1∶1.5，填料裝填率1∶10，廢水pH=2.0，HRT=3 h。

b）在上述條件下，保持轉鼓轉速2 r/min，處理COD=6 500～9 000 mg/L的液晶廢水。廢水經處理后，BOD5/COD由處理前的0.181提高到0.265；裝置連續運行30 d，COD去除率穩定在40.1%～43.2%之間，且填料未出現板結現象。

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