電絮凝和電化學(xué)氧化技術(shù)用于焦化廢水深度處理的研究

文_張艾紅 農(nóng)華國(guó)

1.廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司 2.中節(jié)能六合天融環(huán)保科技有限公司

焦化廢水是煉焦煤高溫干餾、焦?fàn)t煤氣凈化和化工產(chǎn)品回收精制過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，有機(jī)成分復(fù)雜，含有揮發(fā)酚、氰化物、多環(huán)芳烴及氧、硫、氮等雜環(huán)化合物，污染物濃度高，是一種很難處理的工業(yè)有機(jī)廢水。目前的處理工藝主要是預(yù)處理+生化處理（生物脫酚、脫氮）+深度處理，預(yù)處理與生化處理工藝比較成熟，但深度處理工藝在不斷改進(jìn)中。深度處理應(yīng)用的技術(shù)主要有吸附法、強(qiáng)化催化氧化法、反滲透法等，對(duì)廢水中的COD進(jìn)行進(jìn)一步地降解，其中電化學(xué)用于深度處理焦化廢水實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少，通過(guò)對(duì)電化學(xué)技術(shù)反復(fù)試驗(yàn)，取得了較好的效果。

1 電化學(xué)技術(shù)原理

1.1 電化學(xué)反應(yīng)原理

電化學(xué)法處理廢水的原理是使用軟穩(wěn)高頻脈沖和合金電極，在脈沖電場(chǎng)的電流沖擊和電催化作用下，廢水中的有機(jī)物在電極表面連續(xù)產(chǎn)生瞬間電化學(xué)氧化降解和還原改性，同時(shí)還產(chǎn)生如下兩個(gè)物理化學(xué)分離反應(yīng)。

一是電氣浮，在脈沖電流的作用下，在陽(yáng)極面上產(chǎn)生O2和Cl2；在陰極面上產(chǎn)生H2等，借助電極上析出的微小氣泡的上浮，分離疏水性雜質(zhì)微粒。

二是電凝聚，在脈沖電流的作用下，合金陽(yáng)極部分產(chǎn)生電化學(xué)溶解，產(chǎn)生適量的Fe2+、Al3+等離子。再經(jīng)一系列水解，聚合及亞鐵離子的氧化過(guò)程，生成各種羥基絡(luò)合物、多核羥基絡(luò)合物以及氫氧化物（Fe(OH)2、Fe(OH)3），使廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮雜質(zhì)，凝聚沉淀分離。同時(shí)帶電的污染物顆粒在電場(chǎng)中泳動(dòng)，其部分電荷被電極中和而使其脫穩(wěn)聚沉。

1.2 電催化氧化反應(yīng)原理

電催化氧化反應(yīng)分為陽(yáng)極催化氧化為主反應(yīng)和陰極電化學(xué)還原為副反應(yīng)的兩個(gè)反應(yīng)過(guò)程。

1.2.1 陰極過(guò)程

陰極過(guò)程主要用于重金屬回收和鹵代烴還原脫鹵，鹵代烴中的鹵素可以在陰極上被H原子取代而還原，重金屬離子在陰極上電沉積。這種反應(yīng)過(guò)程可以減少有機(jī)物的毒性，降低重金屬離子含量，提高其可生化性，有利于后續(xù)生化處理。

1.2.2 陽(yáng)極過(guò)程

陽(yáng)極過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程，其反應(yīng)過(guò)程存在多種“氧化劑”的協(xié)同作用，如·OH、H2O2、O2、O3、Cl2、HClO、ClO2、高價(jià)金屬離子等。可分為直接催化氧化和間接氧化兩個(gè)主要過(guò)程。直接催化氧化過(guò)程中，污染物首先吸附在催化陽(yáng)極表面，然后通過(guò)陽(yáng)極電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，污染物被氧化降解，部分有機(jī)物“礦化”（即生成CO2和H2O）。間接催化氧化過(guò)程是利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧化和還原物質(zhì)作為反應(yīng)劑或催化劑，使污染物轉(zhuǎn)化成毒性更小的物質(zhì)。

鑒于上述電化學(xué)催化反應(yīng)原理，在采用電化學(xué)催化氧化技術(shù)處理廢水過(guò)程中讓污水在一定的壓力條件下，增強(qiáng)了氧化劑在污水中的濃度，提高了催化氧化的效率。

2 電化學(xué)法處理焦化廢水試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

焦化廢水經(jīng)生化處理后，再經(jīng)電化學(xué)處理，研究其影響因素，找到合適的技術(shù)參數(shù)，進(jìn)一步降解焦化廢水中的COD。

2.2 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)采用電絮凝與電化學(xué)氧化相結(jié)合的方式處理焦化二沉池廢水，裝置處理能力為500L/h，廢水總停留時(shí)間不超過(guò)40min。裝置由電極反應(yīng)罐、電極板、除垢清洗裝置、電源等組成。電極板通電后在污水中放電，產(chǎn)生大量的羥基自由基、活性氧自由基，分解破壞有機(jī)物分子結(jié)構(gòu),電極上涂敷的貴金屬具有催化氧化作用，提高氧化效率。

試驗(yàn)方案：焦化廢水處理系統(tǒng)二沉池來(lái)水進(jìn)入原水箱，再由加壓泵打進(jìn)電絮凝和電化學(xué)氧化裝置中，在加壓泵抽水的同時(shí)加入鹽酸調(diào)節(jié)原水的pH值及加入雙氧水，電絮凝和電化學(xué)裝置都帶有一定壓力，反應(yīng)完后進(jìn)入穩(wěn)壓罐，其目的是使廢水在一定壓力下進(jìn)行完全反應(yīng)，之后經(jīng)過(guò)沉淀、分離、過(guò)濾，出水達(dá)標(biāo)。工藝流程如圖1所示。

圖1 500 L/h電化學(xué)氧化法處理焦化廢水工藝流程圖

2.3 電源及電極材料選擇

2.3.1 電源采用脈沖電源

2.3.2 電極材料選擇

在電化學(xué)技術(shù)處理廢水的過(guò)程中，電極材料是主要的影響因素，它不僅起著傳導(dǎo)電流的作用，還對(duì)降解污染物有直接催化的作用。因此，電極材料的選擇直接影響著廢水處理效率的高低。

電絮凝常見(jiàn)的電極材料為鋁和鐵，鐵電極的電流密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋁電極，鋁電極不僅電流密度小，而且很快鈍化。因此，本次中試采用鐵電極。鐵電極的電聚凝處理可以給電化學(xué)提供亞鐵離子作為氧化催化劑，增強(qiáng)處理COD效果，同時(shí)減少雙氧水的投加量。

壓力式電化學(xué)的電極材料：采用鈦極板外涂金屬氧化物。

2.4 運(yùn)行工藝條件選擇試驗(yàn)

本次試驗(yàn)研究電化學(xué)處理焦化二沉池出水對(duì)COD和色度降解率處理的初始pH值、H2O2投加量、停留時(shí)間、電流強(qiáng)度對(duì)COD和色度降解率進(jìn)行分析，選出最佳的運(yùn)行條件。

2.4.1 二沉池廢水初始pH值對(duì)降解效率的影響從試驗(yàn)結(jié)果可知：初始pH值最佳條件為3時(shí)效果最好，在實(shí)際運(yùn)行中控在3～5之間較易控制，過(guò)高易引起極板鈍化，過(guò)低效果變化不大且溶液中的Fe2+增大。

表1 pH值對(duì)降解效率的影響

2.4.2 不同H2O2投加量對(duì)降解效率的影響試驗(yàn)結(jié)果表明：雙氧水最佳投加量為400～600mg/L，過(guò)低COD降解不完全，過(guò)高效果不太明顯，且不經(jīng)濟(jì)，也影響污泥沉降。

表2 H2O2投加量對(duì)降解效率的影響

2.4.3 廢水電解停留時(shí)間對(duì)降解效率的影響試驗(yàn)結(jié)果可知：停留時(shí)間在0～40min時(shí)，隨著停留時(shí)間的增大，COD降解率越大，40min以上時(shí)，COD降解效率變化不大。

表3 電解停留時(shí)間對(duì)降解效率的影響

2.4.4 電流強(qiáng)度對(duì)降解效率的影響

表4 電流強(qiáng)度對(duì)降解效率的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：電流強(qiáng)度越大，COD降解越明顯，電流強(qiáng)度在50A以上時(shí)，降解效率緩慢上升。

綜上所述：該電化學(xué)的最佳運(yùn)行條件為：pH3～5；H2O2投加量為400～600mg/l；停留時(shí)間為35～45min；電流強(qiáng)度為50～60A。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果

根據(jù)試驗(yàn)得出的最佳運(yùn)行條件，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行了兩個(gè)月，效果較好。水處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 現(xiàn)場(chǎng)電化學(xué)水處理試驗(yàn)效果

電絮凝和電化學(xué)氧化法處理焦化二沉池廢水取得非常好的試驗(yàn)效果， CODcr及色度去除率高。

2.6 處理焦化原水的驗(yàn)證試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證該工藝方法對(duì)焦化廢水的處理效果，采用該中試設(shè)備對(duì)焦化廢水的原水（蒸氨后生化前）做了試驗(yàn)，流量400L/h，停留時(shí)間為40min。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 焦化原水的驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從數(shù)據(jù)結(jié)果表明：電化學(xué)處理后，CODcr去除74.18%，B/C由0.17提升到0.38，提升了121%，污水的可生化性極大提高，可大大提升生化處理的效率，提高生化處理效果。

3 結(jié)語(yǔ)

電絮凝和電化學(xué)氧化法結(jié)合深度處理焦化廢水效果明顯，CODcr去除率可達(dá)80%以上，是一種深度處理焦化廢水的有效技術(shù)；在處理焦化廢水原水時(shí)CODcr顯著降低，并有效提高了B/C比值，也可用作焦化廢水預(yù)處理。

帶壓力的電化學(xué)設(shè)備具有體積小、占地面積少、產(chǎn)生污泥量少、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，具備應(yīng)用的潛力與優(yōu)勢(shì)。