殷旭東，李德豪，毛玉鳳，朱越平，黃梅

（廣東石油化工學(xué)院　環(huán)境與生物工程學(xué)院，廣東　茂名　525000）

鐵碳微電解預(yù)處理高濃度焦化廢水的試驗研究

殷旭東，李德豪，毛玉鳳，朱越平，黃梅

（廣東石油化工學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院，廣東茂名525000）

采用鐵碳微電解預(yù)處理高濃度焦化廢水，以CODCr和揮發(fā)酚為考察對象，通過正交試驗和單因素試驗研究了廢水初始pH值、鐵碳投加量及反應(yīng)時間對處理效果的影響。結(jié)果表明：最佳反應(yīng)條件是廢水初始pH值為3，鐵碳填料投加量為300g/L，反應(yīng)時間為120min，此時CODCr和揮發(fā)酚的去除率分別達到48%和79%以上，廢水m（BOD5）/m（CODCr）值從0.11提高到0.42。

鐵碳微電解；高濃度焦化廢水；正交試驗

高濃度焦化廢水具有有機物濃度高、可生化性差、成分復(fù)雜、色度高、有異味、毒害性和危害性強等特點［1-3］。因為該廢水各種污染物指標濃度較高，必須將其預(yù)處理到一定程度后，才可以進入到生化處理階段。

目前，國內(nèi)外對高濃度焦化廢水預(yù)處理的方法主要有［4-7］：物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法。鐵碳微電解技術(shù)［8］屬于化學(xué)法中的一種，該方法利用鐵的低電位和碳的高電位產(chǎn)生電位差，形成無數(shù)的原電池，基于電化學(xué)氧化還原反應(yīng)的原理，通過鐵離子的電附集、混凝、吸附等作用來處理廢水，將難降解的有機大分子污染物斷鏈為小分子有機物，同時可提高廢水的可生化性，該法具有設(shè)備構(gòu)造簡單、操作方便、處理成本低等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各種高濃度難降解廢水預(yù)處理［9］。

本研究采用鐵碳微電解技術(shù)預(yù)處理廣東省某化工廠排放的高濃度焦化廢水，利用正交試驗和單因素試驗確定最佳反應(yīng)條件和最佳處理效果，獲得該類廢水的鐵碳微電解預(yù)處理數(shù)據(jù)，為后續(xù)生化工藝設(shè)計提供數(shù)據(jù)和參考。

1　材料與方法

1.1試驗材料

鐵碳填料：橢圓狀，粒徑為2.0 cm×2.5 cm，密度為1.1 t/m3，比表面積為1.2 m2/g，空隙率為65%，物理強度為1 000kg/cm2，化學(xué)成分為鐵、碳和其它催化元素。

試驗用水取自廣東省某化工廠，試驗水質(zhì)如表1所示。

表1　試驗用水水質(zhì)Tab.1　Experimenta1 water qua1ity

1.2試驗方法

取一定質(zhì)量的鐵碳填料置于2 L燒杯中。加入1 000mL已經(jīng)調(diào)節(jié)好pH值的試驗水樣，控制曝氣量為2L/min。通過正交試驗和單因素試驗，考察pH值、鐵碳投加量、反應(yīng)時間對CODCr和揮發(fā)酚的去除效果。

1.3分析方法

pH值測定采用玻璃電極法；CODCr測定采用重鉻酸鉀法；揮發(fā)酚測定采用4-氨基安替比林直接光度法；BOD5測定采用HACH BOD分析儀。

2　結(jié)果與討論

2.1正交試驗

鐵碳微電解預(yù)處理效果的影響因素主要有廢水初始pH值（A）、鐵碳投加量（B）及反應(yīng)時間（C）［10］。擬通過正交試驗確定各影響因素的重要性和最佳反應(yīng)條件。選用L9（33）正交表，因素水平和試驗結(jié)果如表2、表3所示。

由表3可知，影響CODCr和揮發(fā)酚去除率的因素主次順序均為反應(yīng)時間＞初始pH值＞鐵碳投加量，正交試驗得到最佳工藝參數(shù)組合均為A2B1C2，即廢水初始pH值為3，鐵碳填料投加量為300 g/ L，反應(yīng)時間為120min。

2.2單因素試驗

2.2.1最佳反應(yīng)時間的確定

在廢水CODCr的質(zhì)量濃度為25 568mg/L，揮發(fā)酚的質(zhì)量濃度為1 129mg/L的條件下，控制曝氣量為2L/min，初始pH值為3，鐵碳填料投加量為300g/L，考察反應(yīng)時間對CODCr和揮發(fā)酚去除效果的影響，結(jié)果如圖1所示。

表2　正交試驗因素水平Tab.2　Factor 1eve1s of orthogona1 test

表3　正交試驗結(jié)果Tab.3　Resu1ts of orthogona1 test

圖1　反應(yīng)時間對CODCr和揮發(fā)酚去除效果的影響Fig.1　Effect of reaction time on CODCrand vo1ati1e pheno1 remova1

由圖1可知，當反應(yīng)時間為120min時，CODCr和揮發(fā)酚的去除率最高，此時微電解反應(yīng)完全，達到平衡點。當反應(yīng)時間低于120min時，隨著反應(yīng)時間的延長，CODCr和揮發(fā)酚去除率呈現(xiàn)增加的趨勢，這是因為停留時間延長，廢水中鐵的溶解量、微電解產(chǎn)生的［H］、Fe2+與Fe3+濃度均逐漸增加，對氧化還原反應(yīng)及絮凝效果有明顯促進作用；當反應(yīng)時間大于120min時，隨著反應(yīng)時間的延長，CODCr和揮發(fā)酚去除率緩慢下降，這是因為長時間置于有氧環(huán)境中鐵容易發(fā)生鈍化，使得微電解反應(yīng)受到抑制。因此最佳反應(yīng)時間為120min，此時CODCr和揮發(fā)酚的去除率分別達到51.3%和81.1%。

2.2.2最佳初始pH值的確定

在原水CODCr的質(zhì)量濃度為27762mg/L，揮發(fā)酚的質(zhì)量濃度為1384mg/L的條件下，控制曝氣量為2L/min，鐵碳填料投加量為300g/L，反應(yīng)時間為120min，考察廢水初始pH值對CODCr和揮發(fā)酚去除效果的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2　初始pH值對CODCr和揮發(fā)酚去除效果的影響Fig.2　Effect of initia1 pH va1ue on CODCrand vo1ati1e pheno1 remova1

由圖2可知，當初始pH值為3時，CODCr和揮發(fā)酚的去除率最高；當初始pH值小于3時，CODCr和揮發(fā)酚的去除率均減小，這是因為pH值較低時會減弱鐵鹽的絮凝作用；當pH值大于3時，隨著pH值的升高，CODCr和揮發(fā)酚的去除率明顯減小，這是因為pH值升高會導(dǎo)致電位差降低，使得電極電化學(xué)反應(yīng)減弱，抑制反應(yīng)進行。因此，最佳初始pH值為3，這與朱樂輝等［11］的研究結(jié)果一致。此時CODCr和揮發(fā)酚的去除率分別達到50.9%和80.9%。

2.2.3最佳鐵碳填料投加量的確定

在原水CODCr的質(zhì)量濃度為26 525mg/L，揮發(fā)酚的質(zhì)量濃度為1 213mg/L的條件下，控制曝氣量為2L/min，初始反應(yīng)pH值為3，反應(yīng)時間為120min，考察鐵碳投加量對CODCr和揮發(fā)酚去除效果的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3　鐵碳投加量對CODCr和揮發(fā)酚去除效果的影響Fig.3　Effect of iron-carbon dosage on CODCrand vo1ati1e pheno1 remova1

由圖3可知，當鐵碳投加量為300g/L時，CODCr和揮發(fā)酚的去除率最高；當鐵碳投加量低于300g/L時，隨著投加量的增加，CODCr和揮發(fā)酚去除率明顯增加，這是因為隨著鐵碳投加量的增加，原電池數(shù)量增加，［H］、Fe2+、Fe3+量逐漸增加，氧化還原能力逐漸增強；當鐵碳投加量高于300g/L時，隨著投加量的增加，CODCr和揮發(fā)酚去除率基本不變，這是因為鐵過量，處于過飽和狀態(tài)，對電化學(xué)反應(yīng)并沒有促進。因此最佳鐵碳填料投加量為300g/L，此時CODCr和揮發(fā)酚的去除率分別達到51.2%和81.3%。

2.3穩(wěn)定運行試驗

在廢水初始pH值為3，鐵碳填料投加量為300g/L，反應(yīng)時間為120min的條件下，在常溫下進行4次重復(fù)性試驗。結(jié)果表明：CODCr去除率為48%～52%，揮發(fā)酚的去除率為79%～82%，CODCr和揮發(fā)酚的去除效果較好，具有良好的重復(fù)性，同時廢水m（BOD5）/m（CODCr）值從0.11提高到0.42。

3　結(jié)論

（1）正交試驗結(jié)果表明：影響CODCr和揮發(fā)酚去除率的因素主次順序均為反應(yīng)時間＞初始pH值＞鐵碳投加量，最佳工藝參數(shù)組合是廢水初始pH值為3，鐵碳投加量為300g/L，反應(yīng)時間為120min。

（2）穩(wěn)定運行試驗結(jié)果表明，在各單因素的最佳控制條件下，CODCr去除率為48%～52%，揮發(fā)酚去除率為79%～82%，鐵碳微電解對CODCr和揮發(fā)酚的去除效果較好，具有良好的重復(fù)性，同時廢水m（BOD5）/m（CODCr）值從0.11提高到0.42。

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Experimental study of high concentration coking wastewater pretreatment using iron-carbon micro-electrolysis

YIN Xu-dong，LI De-hao，MAO Yu-feng，ZHU Yue-ping，HUANG Mei
（College of Environmental and Biological Engineering，Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China）

Taking CODCrand vo1ati1e pheno1 as the observation objects，high concentration coking wastewater was pretreated using iron-carbon micro-e1ectro1ysis，and the inf1uences of initia1 pH va1ue，iron-carbon dosage and reaction time on treatment effect were studied through orthogona1 test and sing1e factor test.The resu1ts showed that，the optima1 reaction condition was:the initia1 pH va1ue of wastewater was 3，the iron-carbon packing dosage was 300g/L，the reaction time was 120min.Under the above condition，the remova1 rates of CODCrand vo1ati1e pheno1 reached above 48%and 79%respective1y，the va1ue of m（BOD5）/m（CODCr）increased from 0.11 to 0.42.

iron-carbon micro-e1ectro1ysis；high concentration coking wastewater；orthogona1 test

X703.1

A

1009-2455（2016）03-0028-03

廣東省普通高校青年創(chuàng)新人才項目（2015KQNCX102）

殷旭東（1981-），男，湖北廣水人，實驗師，碩士，主要從事水污染控制技術(shù)與資源化研究，（電子信箱）gdmmyxd@163. com。

2016-04-19（修回稿）