陰極擴(kuò)展電解槽處理焦化廢水試驗(yàn)研究

王 靜

遼寧省環(huán)境科學(xué)研究院，遼寧沈陽(yáng) 110031

0 引言

焦化廢水來(lái)自煉焦和煤氣凈化過(guò)程及化工產(chǎn)品的精制過(guò)程。主要為蒸氨廢水、煤氣水封水、煤氣凈化各分離器及油槽分離水、各工段油槽分離水及地下放空槽的放空液、各工段地坪沖洗水和化驗(yàn)室排出的廢水等。廢水成分較復(fù)雜，一般均含有較高濃度的COD、揮發(fā)酚、氰化物、氨氮、石油類(lèi)等污染物，是一種典型的含有難降解有機(jī)化合物的工業(yè)廢水[1]。

為了實(shí)現(xiàn)焦化廢水的有效處理，開(kāi)展綜合利用，近年來(lái)出現(xiàn)了越來(lái)越多的焦化廢水處理技術(shù)，但是都以生物處理為主。現(xiàn)有的許多生物處理方法是對(duì)傳統(tǒng)的活性污泥法的改進(jìn)，其中有延時(shí)曝氣法、生物鐵法、兩段活性污泥法等。但因工程條件所限制，水力停留時(shí)間不夠長(zhǎng)，厭氧水解不徹底，焦化廢水COD出水仍很高。由此可見(jiàn)，從理論上說(shuō)，焦化廢水僅靠生化處理手段無(wú)法達(dá)到國(guó)家相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求[2]。為此，急需研究經(jīng)濟(jì)適用的新型焦化廢水處理新工藝。

1 陰極擴(kuò)展電解槽反應(yīng)機(jī)理

擴(kuò)展陰極法是一種新型的電化學(xué)反應(yīng)處理法，它是在平行板電解槽的兩極之間填充與去除金屬離子同元素的純金屬絲或金屬粒，并使之與陰極相連，在電解時(shí)充當(dāng)陰極并一起發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)[3]。

本文以某鋼鐵企業(yè)焦化廢水為研究對(duì)象，采用擴(kuò)展陰極電化學(xué)反應(yīng)處理對(duì)廢水中的高濃度COD、NH3-N以及揮發(fā)酚進(jìn)行處理，考慮電解時(shí)間及電解電壓對(duì)反應(yīng)的影響，以確定最佳運(yùn)行參數(shù)，為焦化廢水的處理提供新的思路。

2 試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)用水取自某鋼鐵企業(yè)焦化廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的焦化廢水，廢水水質(zhì)如表1所示。

表1 焦化廢水水質(zhì)

采用陰極擴(kuò)展電解槽對(duì)焦化廢水進(jìn)行電解處理。電解槽有效體積為：2L。電解槽內(nèi)填充粒徑為5mm左右的石英石。電解主要考慮的反應(yīng)因素是電解電壓和電解時(shí)間[4]。

考慮反應(yīng)時(shí)間影響因素時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件為：電解電壓為16V， 分 別 在 0min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min取樣測(cè)定。

考慮電解電壓值影響因素時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件為：反應(yīng)時(shí)間為10min，電壓值分別為0 V、5 V、10 V、15 V、20 V、25 V、30V，在不同的pH值下取樣測(cè)定。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)處理效果的影響

電解電壓為16V，電解時(shí)間分別為0min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min，廢 水 中 COD變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖1，廢水中氨氮及揮發(fā)酚變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖1 不同反應(yīng)時(shí)間COD變化曲線(xiàn)

由圖1可以看出，隨著電解反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，出水的COD的去除率也相應(yīng)變大，但在反應(yīng)10min后，出水COD的去除率增加緩慢。因此，電解電壓相同情況下，電解時(shí)間10min為最佳反應(yīng)時(shí)間。

圖2 不同反應(yīng)時(shí)間氨氮及揮發(fā)酚變化曲線(xiàn)

由圖2隨著電解反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，出水的氨氮的去除率也相應(yīng)變大，但在反應(yīng)20min后，出水氨氮的去除率增加緩慢。隨著電解反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，出水揮發(fā)酚的去除率也相應(yīng)變大，但在反應(yīng)10min后，出水揮發(fā)酚的去除率增加緩慢。

綜合以上數(shù)據(jù)，從經(jīng)濟(jì)和處理效果考慮，電解電壓相同情況下，電解時(shí)間10min為最佳反應(yīng)時(shí)間。

3.2 電解電壓對(duì)處理效果的影響

電解時(shí)間為10min，電解電壓分別為0 V、5 V、10 V、15 V、20 V、25 V、30V，廢水中COD的變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖3，廢水中氨氮及揮發(fā)酚變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。

圖3 不同電解電壓下COD變化曲線(xiàn)

由圖3看出，隨著電解電壓的增加，出水COD的去除率也相應(yīng)變大，而且增大的速率成上升趨勢(shì)。

圖4 不同電解電壓下氨氮與揮發(fā)酚變化曲線(xiàn)

由圖4可知，隨著電解電壓的增加，出水氨氮的去除率也相應(yīng)變大，但當(dāng)增加到15V以后，氨氮去除率增加開(kāi)始緩慢；隨著電解電壓的增加，出水揮發(fā)酚的去除率也相應(yīng)變大，但當(dāng)增加到15V以后，揮發(fā)酚氮去除率增加開(kāi)始緩慢。

綜合考慮COD、氨氮與揮發(fā)酚去除電壓，選擇18V為最佳電解電壓。

3.3 最佳條件下BOD/COD變化

從前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)濟(jì)分析可以確定，電解法處理焦化廢水時(shí)，最佳的運(yùn)行參數(shù)為：電解電壓為18V、反應(yīng)時(shí)間為10min。在最佳運(yùn)行參數(shù)條件下，多次試驗(yàn)BOD/COD變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖5。

圖5 最佳條件下電解進(jìn)出水BOD/COD變化曲線(xiàn)

由圖5可知，在最佳運(yùn)行參數(shù)條件下，BOD/COD從進(jìn)水0.1提高至0.19，即廢水可生化性提高。

4 結(jié)論

1）擴(kuò)展陰極法是一種新型的電化學(xué)反應(yīng)處理法，與常規(guī)電解法相比有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）增大了陰極的表面積，使得陰極的電流密度大大降低，操作電流大為提高；（2）改善了物質(zhì)的傳質(zhì)效果，降低了操作電壓；（3）改善了電解液的電導(dǎo)率，提高了處理效率。

2）從實(shí)驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)濟(jì)效益分析可以確定，陰極擴(kuò)展電解法處理焦化廢水時(shí)，最佳的運(yùn)行參數(shù)為：電解電壓為18V、反應(yīng)時(shí)間為10min。

3）在最佳運(yùn)行參數(shù)條件下，BOD/COD從進(jìn)水0.1提高至0.19，即廢水可生化性提高。

[1]王家彩.焦化廢水處理工程實(shí)例[J].環(huán)境科技，2011，24(6)：32-37.

[2]郝文萍.焦化廢水處理方法改革探討[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2009，19(27)：191-192.

[3]郝學(xué)奎，王三反.擴(kuò)展陰極法處理含銅廢水的研究[J].工業(yè)用水與廢水，2002，35(5)：24-26.

[4]原金海，雷菊，黨亮.鐵碳微電解及Fenton氧化法在燃料廢水處理中的應(yīng)用[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，12(1)：77-80.