鐵碳微電解預處理有機硅廢水的應用研究

劉超斌 張丹 劉喆

【摘 要】采用鐵碳微電解工藝處理有機硅廢水，研究鐵碳微電解作為預處理單元的優勢及其反應動力學方程。研究表明：鐵碳微電解在處理含有較多揮發性物質的有機硅廢水時，比單級Fenton法具有更好的處理效果和更低的處理費用，而且它在處理有機硅廢水的反應動力學模型符合一級反應，其反應方程式為y=2271e-0.00356x，反應速率常數為0.00356min-1。

【關鍵詞】鐵碳微電解;Fenton;有機硅廢水;反應動力學

中圖分類號： X703 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）23-0246-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.117

【Abstract】The treatment of organosilicon wastewater by iron-carbon microelectrolysis was carried out to study the advantages of iron-carbon microelectrolysis as a pretreatment unit and its reaction kinetic equation.Studies have shown that iron-carbon microelectrolysis has better treatment effect and lower processing cost than single-stage Fenton method in the treatment of silicone wastewater containing more volatile materials，and its reaction kinetics in the treatment of organosilicon wastewater.The model conforms to the first-order reaction，and its reaction equation is y=2271e-0.00356x，and the reaction rate constant is 0.00356min-1.

【Key words】Iron-carbon microelectrolysis;Fenton;Silicone wastewater;Reaction kinetics

有機硅具有絕熱、絕緣、耐腐蝕和優良的表面活性等特性，是一類重要的化工產品，需求量日益增加，產品類型也不斷豐富，至2017年，我國已成為有機硅產品的生產和消費的大國之一[1]。同時，有機硅生產廢水的排放量也在快速增長，對環境的壓力也日益增大。有機硅廢水具有組成成分復雜，并且pH低、氯離子和含鹽量高，具有生物毒性和難生物降解等特點[2]，具有較高的處理難度。

本研究水樣來自荊州市某化工有限公司有機硅生產車間的生產廢水，目前該有機硅生產車間廢水采用以A/O法為主的生物處理，進水處通過石灰石初步調節pH，后進入調節池添加液態氫氧化鈉調節pH，經過混凝沉淀后進入水解酸化，達到生化處理要求。但有機硅廢水中含有生物毒性和難生物降解物質，會抑制微生物的處理效率，所以需要通過預處理減少有生物毒性物質并且提高可生化性，以此提高后續生化處理效率[3]。

本研究采用實際廢水，廢水取自荊州市某化工有限公司有機硅生產車間。根據廢水低pH高鹽等特點，采用鐵碳微電解預處理，提高可生化性。旨在探究鐵碳微電解作為預處理工藝的優點及其降解動力學，為有機硅廢水預處理處理提供一條可行的途徑。

1 實驗部分

1.1 實驗水質

廢水取自荊州市某化工有限公司，該廢水有刺激性氣味，色度較低，近似透明，有明顯白色懸浮物。廢水中的主要有機物為三氯甲烷、硅醇和硅醚等;主要無機物為HCl。其水質特征：COD2280～2450mg/L，pH1.85～2.3，NH3-N70～78mg/L。

1.2 實驗裝置

鐵碳微電解裝置的有效容積為10L，鐵碳含量為460g/L，鐵碳比約為1：1，填充比為80%。碳填料為顆粒狀活性炭，零價鐵填料為鐵刨花（取自荊州某機械加工廠）。曝氣體積流量為3L/min，反應時間為3h。

1.3 實驗方法

微電解實驗之前用5L有機硅廢水浸泡活性炭，浸泡兩天，每8h更換一次;將鐵刨花10%NaOH煮沸5min，待冷卻后用5%硫酸活化5min。加入5L廢水，并且曝氣反應3h。

1.4 分析方法

COD采用重鉻酸鉀法測定;pH采用電極法測定。

2 結果與討論

2.1 鐵碳微電解與芬頓對有機硅廢水預處理的對比

兩種預處理工藝對COD的去除效果。

由上表1可知，原水經微電解反應3h后，COD去除率達到了44.9%，可生化性達到了0.29，達到生化處理范圍，pH也提升到了5.8，為后續調節減少成本。相比之下，經過Fenton氧化后，COD去除率只達到35.5%，但可生化性明顯升高，對于后續生化處理具有明顯的幫助。王云波[4]等運用二級Fenton氧化預處理有機硅廢水，COD去除率達到了89.2%，具有較明顯預處理效果。但其酸堿的加量過大，綜合處理成本上考慮，鐵碳微電解具有較明顯的優勢。

2.2 動力學分析

微電解過程中，COD、pH隨時間變化如圖2。通過對數據進一步分析探究其反應動力學降解機理。

在處理成分復雜的工業廢水時，很難對于其中的單一成分進行動力學分析，經鐵碳微電解氧化后，以COD綜合指標為分析對象進行鐵碳微電解氧化動力學分析[5]。以Ct、-ln（Ct/C0）、-（1/C0-1/Ct）對時間t作圖（其中C0是初始濃度，Ct是t時刻濃度），進行線性擬合并得出其相關系數，得到零級、一級和二級反應動力學線性擬合相關系數分別為0.91、0.96和0.98。有研究者[6-7]探究鐵碳微電解處理有機物時，發現其降解動力學多符合低級反應。在處理有機硅廢水時，零級、一級和二級反應動力學線性擬合相關系數相差不大，由此判定為一級反應。

一級反應動力學模型為：Ct=C0e-kt。通過Origin軟件對COD隨時間變化關系進行模型擬合。

擬合模型為：y=a*e-bx

得到一級反應方程式為y=2271e-0.00356x，反應速率常數為0.00356min-1，擬合相關度為0.96，說明鐵碳微電解處理有機硅廢水的反應動力學可以采用一級反應較好的擬合。

3 結論

考察了“鐵碳微電解法”在預處理有機硅廢水時的特點及優勢。在預處理中，鐵碳微電解相比Fenton具有更好的處理效果和更低的處理成本，鐵碳微電解更適合處理含揮發性物質的有機硅廢水，在處理有機廢水時其降解動力學符合一級反應，其反應方程式為y=2271e-0.00356x，反應速率常數為0.00356min-1。

【參考文獻】

[1]張愛霞，陳莉，李文強，等.2017年國內有機硅進展[J].有機硅材料，2018，32（3）：229～255.

[2]幸松民.有機硅合成工藝及產品應用[M].北京：化學工業出版社，2003.

[3]郭俊，胡曉東，石云峰，等.鐵碳微電解-Fenton氧化預處理頭孢菌素廢水應用性研究[J].水處理技術，2015，02：113-116.

[4]王云波，譚萬春，鄭思鑫，等.二級Fenton氧化高濃度有機硅廢水研究[J].環境工程學報，2010，4（4）.

[5]馮可，李鳳，陳葉萍，等.臭氧預處理二硝基重氮酚工業廢水動力學[J].水處理技術，2018，10（44）.