電催化耦合工藝對脂肪酸生產(chǎn)廢水的處理

梁吉艷， 張立寶， 孟 靜， 李恒洋， 李春林

(沈陽工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院， 沈陽 110870)

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

脂肪酸生產(chǎn)廢水由遼寧省某脂肪酸生產(chǎn)廠家提供，水質(zhì)成分如表1所示.由表1可知，酸水濃度與色度高，處理難度大.實驗所用試劑名稱、等級和生產(chǎn)廠家如表2所示.表2中破乳劑四種型號分別為MQ801、MQ802、MQ804、MQ805.實驗器材名稱、規(guī)格、生產(chǎn)廠家如表3所示.

表1 脂肪酸生產(chǎn)廢水化學(xué)指標(biāo)Tab.1 Chemical indexes of fatty acid production wastewater

表2 實驗所用試劑Tab.2 Reagents for experiments

表3 實驗所用儀器Tab.3 Instruments for experiments

1.2 實驗方法

圖1 浮選混凝沉淀工藝流程Fig.1 Flow chart of flotation-coagulation precipitation process

1.2.2 鐵碳微電解工藝

量取800 mL酸水直接通入微電解體系進(jìn)行微電解實驗，實驗過程中加入適量H2O2以有利于油脂的降解，H2O2用量約為5 mg/L.在曝氣的同時不斷從液面上方濾去油狀物質(zhì)，持續(xù)曝氣210 min后，加入NaOH將pH調(diào)節(jié)至7左右，再加入CaO將其調(diào)節(jié)至9左右，然后經(jīng)過混凝后靜置沉淀30 min.鐵碳微電解工藝流程如圖2所示.

圖2 鐵碳微電解工藝流程Fig.2 Flow chart of iron-carbon micro-electrolysis process

1.2.3 電催化氧化工藝

量取400 mL廢水置于電解槽中，以Ti/PbO2為陽極，不銹鋼為陰極，0.25 mol/L無水硫酸鈉溶液為電解質(zhì)，電流密度為20 mA/cm2，電催化氧化時間為120 min.電催化氧化工藝流程如圖3所示.

圖3 電催化氧化工藝流程Fig.3 Flow chart of electrocatalytic oxidation process

圖4 破乳混凝沉淀工藝流程Fig.4 Flow chart of demulsification-coagulation precipitation process

1.2.5 電催化耦合工藝

圖5 電催化耦合工藝流程Fig.5 Flow chart of electrocatalytic coupling process

2 結(jié)果與討論

2.1 工藝對比

表4 不同預(yù)處理工藝下的油脂廢水處理效果Tab.4 Grease wastewater treatment effects of different pretreatment processes %

2.2 工藝處理機(jī)制分析

圖6為鐵碳微電解工藝和電催化氧化工藝對油脂廢水的處理效果.由圖6a可見，反應(yīng)初期鐵碳微電解法COD濃度有所升高，這可能是因為廢水處理過程受到二價鐵離子干擾的緣故，隨著反應(yīng)時間的延長，廢水中的COD濃度隨之降低.通過對比可知，電催化氧化工藝的COD去除率相對較高.由圖6b可見，鐵碳微電解工藝和電催化氧化工藝對油脂廢水中的TP去除效果較差，但是鐵碳微電解工藝在反應(yīng)時間達(dá)到210 min后可有效去除TP，這是因為在混凝階段加入的CaO能夠?qū)H調(diào)節(jié)到8.5以上，因而可以有效降低廢水中的TP，同時微電解會產(chǎn)生Fe3+，當(dāng)pH處于一定范圍內(nèi)時可沉降廢水中的TP，具體反應(yīng)表達(dá)式為

5Ca2++OH-+3PO43-→Ca5(PO4)3OH↓

Fe3++PO43-→FePO4↓

圖6 兩種工藝對油脂廢水的處理效果Fig.6 Grease wastewater treatment effects of two processes

分析圖6可知，雖然當(dāng)鐵碳微電解工藝和電催化氧化工藝單獨使用時，均對油脂廢水具有降解能力，但降解效果都不理想，因而必須耦合其他工藝進(jìn)行優(yōu)化.通過對比電催化氧化工藝和鐵碳微電解工藝的處理效果可知，電催化氧化法可以更好地降低廢水COD濃度，但對TP去除效果較差，這是由于廢水含油量較大，因而會覆蓋在電極表面從而使電極表面的活性位點減少，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)生羥基自由基數(shù)量減少，故而達(dá)不到很好的降解效果.圖6b可知，微電解過程對TP去除效果較差，但反應(yīng)210 min后的混凝階段可有效去除廢水中的總磷.綜上所述，由于含油廢水的電導(dǎo)率較低、傳質(zhì)效果較差，當(dāng)單獨采用電催化氧化工藝或鐵碳微電解工藝時，均不利于含油廢水的處理，因此，選用電催化耦合工藝對油脂廢水去除進(jìn)行優(yōu)化是很有必要的.

2.3 破乳劑優(yōu)化

圖7 四種破乳劑的COD和TP去除率Fig.7 COD and TP removal rates of four demulsifiers

由圖7可知，當(dāng)采用MQ801型破乳劑時，廢水的COD去除率和TP去除率均最高，因此，MQ801型破乳劑的廢水處理效果較好.當(dāng)選用MQ801型破乳劑與破乳混凝沉淀耦合電催化氧化工藝(電催化耦合工藝)對油脂廢水進(jìn)行處理時，廢水中的COD去除效果可以達(dá)到98.82%，TP去除效果可以達(dá)到95.62%，滿足企業(yè)要求生化標(biāo)準(zhǔn).可見，利用電化學(xué)耦合工藝處理油脂廢水效果顯著，COD去除率和TP去除率明顯高于其他處理工藝，這是由于電催化耦合工藝中各模塊通過協(xié)同處理可以發(fā)揮最大作用.

3 結(jié) 論

通過以上分析可以得到如下結(jié)論：

3) 電催化耦合工藝對油脂廢水處理效果最好，工藝簡單，可根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，直至出水達(dá)標(biāo)排放，且對環(huán)境二次污染較低.

4) 對比MQ801、MQ802、MQ804、MQ805四種型號破乳劑的處理效果可知，MQ801型破乳劑的破乳效果最佳，可配合電催化耦合工藝使用.