微電解反應處理化工廢水的實驗研究

摘 要:對于難降解的有機化工污水的處理，是環保高新產業技術中的一部分。本文針對大連天源基化學有限公司的化工廢水進行預處理，找出微電解法處理該化工廢水的影響因素，總結適宜化工廢水的處理工藝。通過對大連天源基化學有限公司的化工廢水進行微電解處理，確定最佳處理條件pH為3.0，水力停留時間為1h，Fe/C為1∶1，H2O2的加入量為3.5ml/L。處理結果表明:通過對大連天源基化學有限公司的化工廢水的微電解處理，COD的去除率達到44%，可生化性由0.25提高到0.41。

關鍵詞:化工廢水 微電解 影響因素

中圖分類號:G6文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)12(b)-0118-02

引言

微電解法是利用金屬腐蝕原理，在不通電的情況下，利用填充在廢水中的微電解材料自身產生高低電位差對廢水進行電解處理，以達到降解有機污染物的目的[1]。

微電解規整填料主要成分為鐵、炭、低電位合金及催化劑，并且以極小顆粒的形式分散在微電解劑內;有很高的比表面積，可以與廢水充分地接觸。由于炭、合金的電極電位比鐵低，加上催化劑的催化作用，當電解劑處在電解質溶液中時就形成無數個腐蝕微電池，鐵作為陽極被腐蝕消耗，電極反應生成的Fe2+及進一步氧化成Fe3+及它們的水合物具有較強的吸附-絮凝活性，特別是在加堿調pH值后生成氫氧化亞鐵和氫氧化鐵膠體絮凝劑，它們的吸附能力遠遠高于一般藥劑水解得到的氫氧化鐵膠體，能大量吸附水中分散的微小顆粒，金屬粒子及有機大分子[2]。在中性或偏酸性的環境中，微電解劑本身及其產生的新生態[H]、Fe2+等與廢水中的許多組分發生氧化還原反應。比如能破壞有色廢水中的有色物質的發色基團或助色基團，甚至斷鏈，可以脫色，降低CODCr提高可生化性，還可以氧化金屬離子，降低其毒性[3]。

其相關反應如下:

陽極反應

Fe－2e→Fe2+E(Fe2+／Fe)＝-0.44V

陰極反應

2H+＋2e→H2↑ E(H2+／H2)＝0.00V

當有氧氣時

O2＋4H+＋4e→2H2O Eθ(O2)＝1.23V

O2＋4H2O＋4e→4OH-

E(O2／OH-)＝0.40V

近年來微電解法在許多行業廢水處理中都有大量應用，工藝已日趨成熟[4]。影響微電解處理效果的因素主要有廢水pH值、停留時間、處理負荷、鐵屑粒徑、鐵炭比、微電解材料選擇及組合方式等，有時還會影響反應的機理[5]。

本文主要研究微電解反應對某企業有機化工廢水的處理效果和影響因素，將原水pH、水力停留時間、填料的鐵碳比、H2O2加入量等4個因素設定為基本測試因素，對某企業有機化工廢水進行微電解試驗，找出各影響因素的較佳值以及各主因素的主次關系，從而確定最佳條件。通過監測微電解法處理化工廢水前后COD指標的變化情況，評價微電解法處理化工廢水的效果。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料、試劑和儀器

實驗廢水:大連天源基化學有限公司的化工廢水

實驗試劑:HgSO4(AR)天津市天河化學試劑三廠;Ag2SO4(AR)中國沈陽試劑一廠;K2Cr2O7(AR)天津市科密歐化學試劑開發中心;MnSO4·4H2O(AR)天津市科密歐化學試劑開發中心;KI(AR)天津市科密歐化學試劑開發中心;MgSO4·7H2O(AR)北京化工廠;

實驗儀器:JJ-4六聯式攪拌器;SPX-250B生化培養箱;電子天平;PH3C酸度計;TL－1型污水COD速測儀;生物顯微鏡;分光光度計;燒杯;溶解氧瓶;碘量瓶;容量瓶;試管等。

1.2 實驗方法

1.2.1 COD測定方法

在強酸性介質中，復合催化劑存在下，水樣在165℃條件下恒溫消解10min。水體中還原性物質被重鉻酸鉀氧化，六價鉻離子被還原為三價鉻離子。水體中化學需氧量與還原生成的三價鉻離子濃度成正比。在波長610nm處測定三價鉻離子的吸光度與水樣的COD值成線性關系。根據吸光度，按校準曲線換算成水樣的化學需氧量。

1.2.2 BOD5測定方法

將測定水樣按一定的稀釋比進行稀釋，將稀釋后的樣品用虹吸法注入到溶解氧瓶中，在20℃±1℃條件下于培養箱進行生物降解反應，培養5d。在培養過程中注意添加封口水。從開始放入培養箱算起，經過5晝夜后，棄去封口水，測定剩余的溶解氧，并計算BOD5。1.2.3 微電解試驗

(1)pH值對微電解反應處理效果的影響:

在Fe/C(鑄鐵屑與活性炭比例)為1∶1，水力停留時間為1h，H2O2的加入量1ml/L的條件下，調節原水的pH分別為2，2.5，3，3.5，4各取200mL水樣于燒杯中，開六聯式攪拌器慢速攪拌，取反應前后上清液進行水質分析，測定COD。平行試驗三組。

(2)水力停留時間對微電解反應處理效果的影響:

調節原水到最佳反應pH，在Fe/C為1:1，H2O2的加入量1ml/L的條件下，調節水力停留時間分別為0.5h、0.75h、1h，1.5h，2.5h各取200mL水樣于燒杯中，開六聯式攪拌器慢速攪拌，取反應前后上清液進行水質分析，測定COD。平行試驗三組。

(3)Fe/C比對微電解反應處理效果的影響:

調節原水到最佳反應pH、最佳水力停留時間，H2O2的加入量1ml/L的條件下，調節Fe/C比分別為2∶1，1.5∶1，1.2∶1，1∶1，1∶1.2，1∶1.5，各取200mL水樣于燒杯中，開六聯式攪拌器慢速攪拌，取反應前后上清液進行水質分析，測定COD。平行試驗三組。

(4)H2O2的加入量對微電解反應處理效果的影響:

調節原水到最佳反應PH、最佳水力停留時間、最佳Fe/C比，調節H2O2的加入量分別為0 ml/L、0.5 ml/L、1.0 ml/L、1.5ml/L、2.5ml/L、3.5ml/L、4.5ml/L、5.5ml/L。各取200mL水樣于燒杯中，開六聯式攪拌器慢速攪拌，取反應前后上清液進行水質分析，測定COD。平行試驗三組。

2 實驗結果及討論

2.1 COD標準曲線

COD標準曲線以鄰苯二甲酸氫鉀為標準，COD標準曲線見圖1。由標準曲線擬合出COD的計算公式:COD(mg/L)=1662.5+7.87

2.2 PH值對微電解反應處理效果的影響

原水COD為5266mg/L，Fe/C(鑄鐵屑與活性炭比例)為1∶1，水力停留時間為1h，H2O2的加入量1ml/L，實驗結果見圖2。

由圖2可以得出，在所選pH范圍內，隨著PH值減小COD去除率逐漸增大，pH為3.0時，去除率達到41%，酸度再增加COD去除率變化不大。

2.3 水力停留時間對微電解反應處理效果的影響

原水COD為5266mg/L，調節原水pH為3.0，Fe/C(鑄鐵屑與活性炭比例)為1∶1， H2O2的加入量1ml/L，實驗結果見圖3。

由圖3可以得出，在所選水力停留時間范圍內，水力停留時間為0.5h時COD去除率最低，水力停留時間為1h時，COD去除率為41.5%，達到最高值。水力停留時間超過1h時，隨著時間的增長，去除率無明顯變化。

2.4 Fe/C比對微電解反應處理效果的影響

原水COD為5266mg/L，調節原水pH為3.0，水力停留時間為1h，H2O2的加入量1ml/L，實驗結果見圖4。

由圖4可以得出，在所選Fe/C比范圍內，Fe/C比2:1時，去除率最低，隨著Fe/C比的增大去除率逐漸增加，當Fe/C比1∶1時，COD去除率達到41.8%，為最大值，當Fe/C比小于1∶1時，去除率逐漸減小。

2.5 H2O2的加入量對微電解反應處理效果的影響

原水COD為5266mg/L，調節原水PH為3.0，水力停留時間為1h，Fe/C(鑄鐵屑與活性炭比例)為1∶1，實驗結果見圖5。

由圖5可以得出，在所選H2O2的加入量范圍內，不加H2O2時COD去除率為36%，為最低值。H2O2加入量為3.5ml/L時，COD去除率為42.9%，達到最高值。H2O2加入量超過3.5ml/L時，隨著H2O2加入量增加，去除率無明顯變化。

2.6 實際操作運行

實際操作運行實驗在大連天源基化學有限公司污水處理站完成，大連天源基化學有限公司生產的化工廢水COD為5266mg/L，BOD為1316mg/L。原水PH為7.2，根據實驗所得數據，設定微電解反應器進水PH自動調節器為PH=3.0，Fe/C為1:1，H2O2加入泵流量為0.875L/min(加藥量相當于3.5ml/L)，水力停留時間為1h，檢測出水COD值為2949mg/L，BOD為2159mg/L，COD去除率達到44%，B/C由0.25提高到0.41，廢水的可生化性顯著提高。實驗數據可以應用到實際生產中。

3 結論

實驗研究得出如下結論:

(1)PH對微電解反應處理大連天源基化學有限公司的化工廢水效果有影響，PH為3.0時，去除率達到41%，處理效果最好。

(2)當Fe/C為1∶1時，COD去除率達到41.8%，為最高值。

(3)H2O2加入量為3.5ml/L時，COD去除率為42.9%，處理效果最好。

(4)水力停留時間為1h時，COD去除率為41.5%，達到最高值。

(5)通過對大連天源基化學有限公司的化工廢水的微電解處理，COD的去除率在44%，可生化性由0.25提高到0.41，該方法對提高化工廢水的可生化性有較好效果。

參考文獻

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[2] 趙德明，等Fe一c微電解法十踐。:組合工藝處理對氯硝基苯廢水城市環境與城市生態，2002，15(1):32-34.

[3]石建軍，李治國，嚴家平強化微電解法預處理氯硝柳胺生產廢水的研究［J］.安徽建筑工業學院學報，2006，14(3):78-80.

[4]李再興，楊景亮，羅人明，等鐵炭內電解厭氧好氧工藝處理阿維菌素廢水的試驗研究［J］環境污染治理技術與設備，2002，3(4):5-8.

[5] 柴曉利，等內電解混凝沉淀一厭氧一好氧工藝處理醫藥廢水環境科學與技術，2000，3:33-34.