吳英華（重慶能源職業(yè)學(xué)院，重慶 402260）

鐵碳反應(yīng)床處理焦化含酚廢水的研究

吳英華
（重慶能源職業(yè)學(xué)院，重慶 402260）

采用碳鋼屑/活性炭混合床反應(yīng)器對(duì)焦化廢水中 COD 的去除以及影響因素進(jìn)行了研究，并利用電化學(xué)方法對(duì)混合床反應(yīng)器去除焦化廢水中有機(jī)物的機(jī)理作了探討。結(jié)果表明，碳鋼屑/活性炭混合床反應(yīng)器可以有效地去除焦化廢水中的有機(jī)物，COD 的去除率能達(dá)到50%左右；pH值對(duì)混合床反應(yīng)器去除焦化廢水中 COD的影響不大；絮凝劑對(duì)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(yīng)器對(duì)焦化廢水中有機(jī)物的去除主要是通過(guò)電絮凝器作用。

鐵碳反應(yīng)；COD；廢水

當(dāng)今，工業(yè)廢水已成為水污染的重要污染源，主要來(lái)源于廠礦的生產(chǎn)過(guò)程。由于生產(chǎn)所用的原料和生產(chǎn)過(guò)程的不同，廢水的性質(zhì)和成分也不同。如含有大量有機(jī)污染物的廢水來(lái)自塑料、造紙、制糖、化工等工業(yè)企業(yè)；同時(shí)含有有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的廢水來(lái)自制藥廠、焦化廠、氮肥廠等；含有無(wú)機(jī)物的廢水來(lái)自選煤、建筑材料、鋼鐵廠等；含有重金屬的廢水來(lái)自電鍍、礦山、冶煉、油漆、顏料等工業(yè)。其中，煉焦、煤氣凈化等企業(yè)產(chǎn)生的焦化廢水具有排放量大，水質(zhì)成分復(fù)雜等特點(diǎn)。由于焦化廢水中含有這些高濃度、高毒性的物質(zhì)以及難生物降解有機(jī)物對(duì)微生物抑制作用。因此，在用工業(yè)中比較通用的生化法出廢水之前先用物化法對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理。焦化廢水預(yù)處理技術(shù)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(duì)難降解廢水處理方法。最近幾年，微電解處理工業(yè)廢水發(fā)展十分迅速，現(xiàn)已用于印染、電鍍、石油化工、制藥、煤氣洗滌、印刷電路板生產(chǎn)等工業(yè)廢水及含砷、含氟廢水的處理工程，并收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效果。

1　實(shí)驗(yàn)原理

在鐵碳反應(yīng)中主要發(fā)生的是電化學(xué)反應(yīng)中的氧化還原和電負(fù)極，當(dāng)將其浸入電解質(zhì)溶溶中時(shí)，由于Fe和C之間存在1.2V的電極電位差，因而會(huì)形成無(wú)數(shù)的微電池系統(tǒng)，在其作用空間構(gòu)成一個(gè)電場(chǎng)，陽(yáng)極反應(yīng)生成大量的Fe2+進(jìn)入廢水，進(jìn)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(yīng)產(chǎn)生大量新生態(tài)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(fā)生氧化還原反應(yīng)，使有機(jī)大分子發(fā)生斷鏈降解，從而降低了廢水中有機(jī)物的含量，同時(shí)又提高了廢水的可生化度，且陰極反應(yīng)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(dāng)廢水與鐵碳接觸后發(fā)生如下電化學(xué)反應(yīng)：

當(dāng)有氧存在時(shí)，陰極反應(yīng)如下：

實(shí)驗(yàn)材料

鐵碳屑：解化清潔能源有限公司化工分公司產(chǎn)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(huán)保儀器有限公司 CTL-25型；

分光光度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司 721型；

pH計(jì)：梅特勒-托利多儀器有限公司 FE20型。

2　實(shí)驗(yàn)過(guò)程

將取來(lái)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(yīng)床中制成鐵碳反應(yīng)床，向反應(yīng)床中注入焦化含酚廢水，靜止一段時(shí)間后將焦化含酚廢水放出，測(cè)量其COD值，pH值，觀察反應(yīng)床對(duì)COD的去除效果及pH的變化。

3　結(jié)果與討論

3.1對(duì)不同比例的討論

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

圖1　不同比例對(duì)COD的影響

由圖1可以看出，當(dāng)活性炭與鐵碳屑的質(zhì)量比在1∶1.5時(shí)，其對(duì)COD的消除率最好。由此可以看出，當(dāng)活性炭與鐵碳屑的質(zhì)量比為1∶1.5時(shí)活性炭與鐵碳屑所形成的微電解元最多，這時(shí)對(duì)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(zhì)量比在1∶1.5為最佳比例。

3.2對(duì)含酚廢水的不同pH值的討論

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

圖2　不同pH值對(duì)COD的影響

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

3.3反應(yīng)床對(duì)含酚廢水處理不同時(shí)間的討論

取用含酚廢水飽和過(guò)的活性炭與活化處理后的鐵碳屑按質(zhì)量比為1∶1.5的比例進(jìn)行混勻制成鐵屑/活性炭反應(yīng)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(cè)量其COD值并觀察pH值的變化，觀察不同的處理時(shí)間對(duì)COD的消除率的影響，其反應(yīng)床對(duì)COD的消除率如圖3所示。

圖3　不同時(shí)間對(duì)COD的影響

由圖3可以看出，水樣當(dāng)經(jīng)過(guò)3h的處理后，其對(duì)COD的消除率與經(jīng)過(guò)6h處理水樣的COD消除率大致相同?？紤]到時(shí)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(yīng)床的活性炭與鐵碳屑的質(zhì)量比為1∶1.5時(shí)，處理pH=5的焦化含酚廢水3h時(shí)COD的消除率最好，可達(dá)到50%左右。

3.4溫度對(duì)鐵碳反應(yīng)床處理效果的影響

溫度是加快反應(yīng)進(jìn)行的一個(gè)重要因素，但公司在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中溫度升高一般通過(guò)蒸汽來(lái)加熱實(shí)現(xiàn)，常態(tài)下溫度并不能升的很高，同時(shí)在隨著溫度的升高酚水蒸發(fā)量加大，結(jié)合以上因素選取60℃為宜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

在活性炭與鐵碳屑的質(zhì)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(shí)間后，放出、靜止，然后測(cè)量出不同處理時(shí)間時(shí)COD的值，計(jì)算出其COD的消除率，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4　溫度對(duì)鐵碳反應(yīng)床處理效果的影響

由圖4可知，當(dāng)溫度在60℃時(shí)，在2h時(shí)COD的消除率較好，可達(dá)到50%左右，即在活性炭與鐵碳屑的質(zhì)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(dá)到預(yù)期效果。

3.5對(duì)處理后的鐵離子的去除的的討論

經(jīng)過(guò)鐵碳反應(yīng)床處理后，水中Fe2+的含量大大增加，會(huì)對(duì)后續(xù)的生化處理產(chǎn)生一定的影響，因此對(duì)處理后水中Fe2+的去除是一個(gè)關(guān)鍵的因素，本文通過(guò)調(diào)節(jié)pH進(jìn)行Fe2+的去除，其去除效果良好，同時(shí)又對(duì)COD的去除進(jìn)一步增加。通過(guò)調(diào)節(jié)酸堿度，將用鐵碳反應(yīng)床處理過(guò)后的酚水調(diào)節(jié)至pH=9，靜止15min，酚水中將產(chǎn)生大量Fe（OH）3的沉淀，而Fe（OH）3是一個(gè)良好的絮凝劑，將酚水中的COD又通過(guò)絮凝的方法去除一部分，從而使水中的COD值又進(jìn)一步降低。同時(shí)經(jīng)過(guò)測(cè)量BOD/COD，發(fā)現(xiàn)還提高了BOD/COD的比值，從而使焦化含酚廢水的可生化性進(jìn)一步提高。

對(duì)經(jīng)過(guò)上述處理過(guò)后的水樣與未進(jìn)過(guò)處理的水樣進(jìn)行分析對(duì)比其結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　水樣與未進(jìn)過(guò)處理的水樣進(jìn)行分析

由表1可以看出經(jīng)過(guò)一系列的處理過(guò)后，焦化含酚廢水的揮發(fā)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(jīng)過(guò)這一系列的處理后對(duì)焦化含酚廢水的可生化性有著較大的提高，同時(shí)對(duì)生化系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)減輕，提高生化系統(tǒng)的處理能力。

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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。