鐵碳反應床處理焦化含酚廢水的研究

吳英華（重慶能源職業學院，重慶 402260）

鐵碳反應床處理焦化含酚廢水的研究

吳英華
（重慶能源職業學院，重慶 402260）

采用碳鋼屑/活性炭混合床反應器對焦化廢水中 COD 的去除以及影響因素進行了研究，并利用電化學方法對混合床反應器去除焦化廢水中有機物的機理作了探討。結果表明，碳鋼屑/活性炭混合床反應器可以有效地去除焦化廢水中的有機物，COD 的去除率能達到50%左右；pH值對混合床反應器去除焦化廢水中 COD的影響不大；絮凝劑對提高焦化廢水COD的去除率是有限的；碳鋼屑/活性炭混合床反應器對焦化廢水中有機物的去除主要是通過電絮凝器作用。

鐵碳反應；COD；廢水

當今，工業廢水已成為水污染的重要污染源，主要來源于廠礦的生產過程。由于生產所用的原料和生產過程的不同，廢水的性質和成分也不同。如含有大量有機污染物的廢水來自塑料、造紙、制糖、化工等工業企業；同時含有有機物和無機物的廢水來自制藥廠、焦化廠、氮肥廠等；含有無機物的廢水來自選煤、建筑材料、鋼鐵廠等；含有重金屬的廢水來自電鍍、礦山、冶煉、油漆、顏料等工業。其中，煉焦、煤氣凈化等企業產生的焦化廢水具有排放量大，水質成分復雜等特點。由于焦化廢水中含有這些高濃度、高毒性的物質以及難生物降解有機物對微生物抑制作用。因此，在用工業中比較通用的生化法出廢水之前先用物化法對廢水進行預處理。焦化廢水預處理技術有厭氧水解（酸化）法、稀釋法、蒸汽氣提法、混凝沉淀法、氣浮法、萃取脫酚法、超聲輻照法、微電解法等。其中，微電解法是一種常用的對難降解廢水處理方法。最近幾年，微電解處理工業廢水發展十分迅速，現已用于印染、電鍍、石油化工、制藥、煤氣洗滌、印刷電路板生產等工業廢水及含砷、含氟廢水的處理工程，并收到了良好的經濟效益和環保效果。

1　實驗原理

在鐵碳反應中主要發生的是電化學反應中的氧化還原和電負極，當將其浸入電解質溶溶中時，由于Fe和C之間存在1.2V的電極電位差，因而會形成無數的微電池系統，在其作用空間構成一個電場，陽極反應生成大量的Fe2+進入廢水，進而氧化成Fe3+，形成具有較高吸附絮凝活性的絮凝劑。陰極反應產生大量新生態的[H]和[O]，在偏酸性的條件下，這些活性成分均能與廢水中的許多組分發生氧化還原反應，使有機大分子發生斷鏈降解，從而降低了廢水中有機物的含量，同時又提高了廢水的可生化度，且陰極反應消耗了大量的H+生成了大量的OH-，這使得廢水的pH值也有所提高。

當廢水與鐵碳接觸后發生如下電化學反應：

當有氧存在時，陰極反應如下：

實驗材料

鐵碳屑：解化清潔能源有限公司化工分公司產生的廢鐵碳屑；

活性炭：ZH-15；

焦化含酚廢水：取自解化清潔能源有限公司化工分公司煤化工分廠水塔出口，COD：5 000～6 000mg/L；

COD加熱消解器：承德市華通環保儀器有限公司 CTL-25型；

分光光度計：上海精密科學儀器有限公司 721型；

pH計：梅特勒-托利多儀器有限公司 FE20型。

2　實驗過程

將取來的鐵屑篩選，取0.5～1.0cm的部分，去除油污，用清水將其洗凈，然后用5%的HCl浸泡5～10min將其活化備用。另取活性炭，將其用焦化含酚廢水浸泡使其飽和，其目的是使其不具有吸附性。將處理好的鐵屑與活性炭按一定比例混勻均勻置于反應床中制成鐵碳反應床，向反應床中注入焦化含酚廢水，靜止一段時間后將焦化含酚廢水放出，測量其COD值，pH值，觀察反應床對COD的去除效果及pH的變化。

3　結果與討論

3.1對不同比例的討論

取用焦化含酚廢水飽和過的活性炭與活化處理后的鐵碳屑按不同比例進行混勻制成鐵屑/活性炭反應床，向不同的反應床中加入相同的原焦化含酚廢水，靜止相同時間后將含酚廢水放出，測量其COD值并觀察pH值的變化，其反應床對COD的消除率如圖1所示。

圖1　不同比例對COD的影響

由圖1可以看出，當活性炭與鐵碳屑的質量比在1∶1.5時，其對COD的消除率最好。由此可以看出，當活性炭與鐵碳屑的質量比為1∶1.5時活性炭與鐵碳屑所形成的微電解元最多，這時對焦化含酚廢水的處理效果最好，活性炭與鐵碳屑得到最充分的利用，使其效率最高。因此，選擇活性炭與鐵碳屑的質量比在1∶1.5為最佳比例。

3.2對含酚廢水的不同pH值的討論

取用焦化含酚廢水飽和過的活性炭與活化處理后的鐵碳屑按質量比為1∶1.5的比例進行混勻均制成鐵屑/活性炭反應床，然后分別向其加入不同pH值的含酚廢水，靜止一段時間后將焦化含酚廢水放出，測量其COD值并觀察pH值的變化，其反應床對COD的消除率如圖2所示。

圖2　不同pH值對COD的影響

由圖2可以看出，當焦化含酚廢水的pH值在4～5左右時，其對COD的消除率最好。但當pH=4時鐵的消耗量要明顯大于pH=5的鐵的消耗量，使鐵碳反應床的使用周期縮短，鐵碳反應的成本增加。因此，選擇焦化含酚廢水的pH值在5左右時為最佳pH值。

3.3反應床對含酚廢水處理不同時間的討論

取用含酚廢水飽和過的活性炭與活化處理后的鐵碳屑按質量比為1∶1.5的比例進行混勻制成鐵屑/活性炭反應床，向其加入pH=5的含酚廢水，在靜止2h、3h、4h、6h和14h后分別取樣，測量其COD值并觀察pH值的變化，觀察不同的處理時間對COD的消除率的影響，其反應床對COD的消除率如圖3所示。

圖3　不同時間對COD的影響

由圖3可以看出，水樣當經過3h的處理后，其對COD的消除率與經過6h處理水樣的COD消除率大致相同。考慮到時間的因素，因此選擇處理3h為最佳。

由以上各因素可以看出，反應床的活性炭與鐵碳屑的質量比為1∶1.5時，處理pH=5的焦化含酚廢水3h時COD的消除率最好，可達到50%左右。

3.4溫度對鐵碳反應床處理效果的影響

溫度是加快反應進行的一個重要因素，但公司在現實生產中溫度升高一般通過蒸汽來加熱實現，常態下溫度并不能升的很高，同時在隨著溫度的升高酚水蒸發量加大，結合以上因素選取60℃為宜進行實驗。

在活性炭與鐵碳屑的質量比為1∶1.5，pH=5的條件下，將焦化含酚廢水的溫度加熱并保持到60℃，處理一段時間后，放出、靜止，然后測量出不同處理時間時COD的值，計算出其COD的消除率，結果見圖4。

圖4　溫度對鐵碳反應床處理效果的影響

由圖4可知，當溫度在60℃時，在2h時COD的消除率較好，可達到50%左右，即在活性炭與鐵碳屑的質量比為1∶1.5，pH=5的條件下，將焦化含酚廢水加熱到60℃處理2h就可達到預期效果。

3.5對處理后的鐵離子的去除的的討論

經過鐵碳反應床處理后，水中Fe2+的含量大大增加，會對后續的生化處理產生一定的影響，因此對處理后水中Fe2+的去除是一個關鍵的因素，本文通過調節pH進行Fe2+的去除，其去除效果良好，同時又對COD的去除進一步增加。通過調節酸堿度，將用鐵碳反應床處理過后的酚水調節至pH=9，靜止15min，酚水中將產生大量Fe（OH）3的沉淀，而Fe（OH）3是一個良好的絮凝劑，將酚水中的COD又通過絮凝的方法去除一部分，從而使水中的COD值又進一步降低。同時經過測量BOD/COD，發現還提高了BOD/COD的比值，從而使焦化含酚廢水的可生化性進一步提高。

對經過上述處理過后的水樣與未進過處理的水樣進行分析對比其結果見表1。

表1　水樣與未進過處理的水樣進行分析

由表1可以看出經過一系列的處理過后，焦化含酚廢水的揮發酚、總酚和COD均有較大幅度的下降，同BOD/COD的比值則有較大幅度的上升。這表明，經過這一系列的處理后對焦化含酚廢水的可生化性有著較大的提高，同時對生化系統的負擔減輕，提高生化系統的處理能力。

[1] 湯心虎，甘復興，喬淑玉.鐵屑腐蝕電池在工業廢水治理中的應用[J].工業水處理，1998，（06）.

[2] 安曉雯，仉春華.鐵屑-活性炭內電解法預處理制藥廢水的試驗[J].大連民族學院學報，2007，（5）：73-75.

[3] 馮俊生，徐錫煒，汪一豐.電絮凝技術在廢水處理中的應用[J].環境科學與技術 2008，（8）：87-89.

[4] 蔡曉東，鄭幗.腈綸廢水處理的問題和研究現狀[J].工業水處理，2006，（03）.

Coking Phenol Wastewater Treatment of Iron-Carbon Reaction Bed

Wu Ying-hua

Carbon steel scrap/charcoal mixed bed reactor coking wastewater removal of COD and influencing factors were studied，and the mechanism of electrochemical method coking wastewater by mixed bed reactor removal were discussed.The results show that the steel scrap/charcoal mixed bed reactor can effectively remove organic coking wastewater，COD removal rate can reach about 50%；pH value of the mixed bed reactor to remove the little impact of coking wastewater COD；flocculation agents to improve the coking wastewater COD removal is limited；removing steel shavings/charcoal mixed bed reactor for coking wastewater mainly by electrical flocculator role.

iron-carbon reaction；COD；wastewater

X703.1

A

1003-6490（2016）03-0061-02

2016-03-10

吳英華（1978—），男，黑龍江人，講師，主要從事化工分析及化工教育。