陰極擴展電解槽處理焦化廢水試驗研究

王 靜

遼寧省環境科學研究院，遼寧沈陽 110031

0 引言

焦化廢水來自煉焦和煤氣凈化過程及化工產品的精制過程。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室排出的廢水等。廢水成分較復雜，一般均含有較高濃度的COD、揮發酚、氰化物、氨氮、石油類等污染物，是一種典型的含有難降解有機化合物的工業廢水[1]。

為了實現焦化廢水的有效處理，開展綜合利用，近年來出現了越來越多的焦化廢水處理技術，但是都以生物處理為主。現有的許多生物處理方法是對傳統的活性污泥法的改進，其中有延時曝氣法、生物鐵法、兩段活性污泥法等。但因工程條件所限制，水力停留時間不夠長，厭氧水解不徹底，焦化廢水COD出水仍很高。由此可見，從理論上說，焦化廢水僅靠生化處理手段無法達到國家相應排放標準限值要求[2]。為此，急需研究經濟適用的新型焦化廢水處理新工藝。

1 陰極擴展電解槽反應機理

擴展陰極法是一種新型的電化學反應處理法，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，在電解時充當陰極并一起發生電化學反應[3]。

本文以某鋼鐵企業焦化廢水為研究對象，采用擴展陰極電化學反應處理對廢水中的高濃度COD、NH3-N以及揮發酚進行處理，考慮電解時間及電解電壓對反應的影響，以確定最佳運行參數，為焦化廢水的處理提供新的思路。

2 試驗材料和方法

試驗用水取自某鋼鐵企業焦化廠生產過程中產生的焦化廢水，廢水水質如表1所示。

表1 焦化廢水水質

采用陰極擴展電解槽對焦化廢水進行電解處理。電解槽有效體積為：2L。電解槽內填充粒徑為5mm左右的石英石。電解主要考慮的反應因素是電解電壓和電解時間[4]。

考慮反應時間影響因素時的實驗條件為：電解電壓為16V， 分 別 在 0min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min取樣測定。

考慮電解電壓值影響因素時的實驗條件為：反應時間為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值下取樣測定。

3 試驗結果

3.1 反應時間對處理效果的影響

電解電壓為16V，電解時間分別為0min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min，廢 水 中 COD變化曲線見圖1，廢水中氨氮及揮發酚變化曲線見圖2。

圖1 不同反應時間COD變化曲線

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

圖2 不同反應時間氨氮及揮發酚變化曲線

由圖2隨著電解反應時間的延長，出水的氨氮的去除率也相應變大，但在反應20min后，出水氨氮的去除率增加緩慢。隨著電解反應時間的延長，出水揮發酚的去除率也相應變大，但在反應10min后，出水揮發酚的去除率增加緩慢。

綜合以上數據，從經濟和處理效果考慮，電解電壓相同情況下，電解時間10min為最佳反應時間。

3.2 電解電壓對處理效果的影響

電解時間為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的變化曲線見圖3，廢水中氨氮及揮發酚變化曲線見圖4。

圖3 不同電解電壓下COD變化曲線

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

圖4 不同電解電壓下氨氮與揮發酚變化曲線

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變大，但當增加到15V以后，氨氮去除率增加開始緩慢；隨著電解電壓的增加，出水揮發酚的去除率也相應變大，但當增加到15V以后，揮發酚氮去除率增加開始緩慢。

綜合考慮COD、氨氮與揮發酚去除電壓，選擇18V為最佳電解電壓。

3.3 最佳條件下BOD/COD變化

從前面的實驗結果和經濟分析可以確定，電解法處理焦化廢水時，最佳的運行參數為：電解電壓為18V、反應時間為10min。在最佳運行參數條件下，多次試驗BOD/COD變化曲線見圖5。

圖5 最佳條件下電解進出水BOD/COD變化曲線

由圖5可知，在最佳運行參數條件下，BOD/COD從進水0.1提高至0.19，即廢水可生化性提高。

4 結論

1）擴展陰極法是一種新型的電化學反應處理法，與常規電解法相比有以下的優點：（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）改善了物質的傳質效果，降低了操作電壓；（3）改善了電解液的電導率，提高了處理效率。

2）從實驗結果和經濟效益分析可以確定，陰極擴展電解法處理焦化廢水時，最佳的運行參數為：電解電壓為18V、反應時間為10min。

3）在最佳運行參數條件下，BOD/COD從進水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例[J].環境科技，2011，24(6)：32-37.

[2]郝文萍.焦化廢水處理方法改革探討[J].科技情報開發與經濟，2009，19(27)：191-192.

[3]郝學奎，王三反.擴展陰極法處理含銅廢水的研究[J].工業用水與廢水，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用[J].重慶科技學院學報，2010，12(1)：77-80.