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      鐵碳微電解預(yù)處理高濃度焦化廢水的試驗(yàn)研究

      2016-09-05 07:44:31殷旭東李德豪毛玉鳳朱越平黃梅
      工業(yè)用水與廢水 2016年3期
      關(guān)鍵詞:鐵碳焦化投加量

      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(yàn)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(duì)象,通過正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)研究了廢水初始pH值、鐵碳投加量及反應(yīng)時(shí)間對(duì)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(shí)間為120min,此時(shí)CODCr和揮發(fā)酚的去除率分別達(dá)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(yàn)

      高濃度焦化廢水具有有機(jī)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(qiáng)等特點(diǎn)[1-3]。因?yàn)樵搹U水各種污染物指標(biāo)濃度較高,必須將其預(yù)處理到一定程度后,才可以進(jìn)入到生化處理階段。

      目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)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(jī)大分子污染物斷鏈為小分子有機(jī)物,同時(shí)可提高廢水的可生化性,該法具有設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便、處理成本低等優(yōu)點(diǎn),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(yàn)和單因素試驗(yàn)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(jì)提供數(shù)據(jù)和參考。

      1 材料與方法

      1.1試驗(yàn)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(qiáng)度為1 000kg/cm2,化學(xué)成分為鐵、碳和其它催化元素。

      試驗(yàn)用水取自廣東省某化工廠,試驗(yàn)水質(zhì)如表1所示。

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

      1.2試驗(yàn)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(yàn)水樣,控制曝氣量為2L/min。通過正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn),考察pH值、鐵碳投加量、反應(yīng)時(shí)間對(duì)CODCr和揮發(fā)酚的去除效果。

      1.3分析方法

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

      2 結(jié)果與討論

      2.1正交試驗(yàn)

      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(shí)間(C)[10]。擬通過正交試驗(yàn)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(yàn)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(shí)間>初始pH值>鐵碳投加量,正交試驗(yàn)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(shí)間為120min。

      2.2單因素試驗(yàn)

      2.2.1最佳反應(yīng)時(shí)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(shí)間對(duì)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(yàn)因素水平Tab.2 Factor 1eve1s of orthogona1 test

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

      圖1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)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(dāng)反應(yīng)時(shí)間為120min時(shí),CODCr和揮發(fā)酚的去除率最高,此時(shí)微電解反應(yīng)完全,達(dá)到平衡點(diǎn)。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間低于120min時(shí),隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),CODCr和揮發(fā)酚去除率呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),這是因?yàn)橥A魰r(shí)間延長(zhǎng),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(duì)氧化還原反應(yīng)及絮凝效果有明顯促進(jìn)作用;當(dāng)反應(yīng)時(shí)間大于120min時(shí),隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),CODCr和揮發(fā)酚去除率緩慢下降,這是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)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(shí)間為120min,此時(shí)CODCr和揮發(fā)酚的去除率分別達(dá)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(shí)間為120min,考察廢水初始pH值對(duì)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(duì)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(dāng)初始pH值為3時(shí),CODCr和揮發(fā)酚的去除率最高;當(dāng)初始pH值小于3時(shí),CODCr和揮發(fā)酚的去除率均減小,這是因?yàn)閜H值較低時(shí)會(huì)減弱鐵鹽的絮凝作用;當(dāng)pH值大于3時(shí),隨著pH值的升高,CODCr和揮發(fā)酚的去除率明顯減小,這是因?yàn)閜H值升高會(huì)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(jìn)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(shí)CODCr和揮發(fā)酚的去除率分別達(dá)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(shí)間為120min,考察鐵碳投加量對(duì)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(duì)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(dāng)鐵碳投加量為300g/L時(shí),CODCr和揮發(fā)酚的去除率最高;當(dāng)鐵碳投加量低于300g/L時(shí),隨著投加量的增加,CODCr和揮發(fā)酚去除率明顯增加,這是因?yàn)殡S著鐵碳投加量的增加,原電池?cái)?shù)量增加,[H]、Fe2+、Fe3+量逐漸增加,氧化還原能力逐漸增強(qiáng);當(dāng)鐵碳投加量高于300g/L時(shí),隨著投加量的增加,CODCr和揮發(fā)酚去除率基本不變,這是因?yàn)殍F過量,處于過飽和狀態(tài),對(duì)電化學(xué)反應(yīng)并沒有促進(jìn)。因此最佳鐵碳填料投加量為300g/L,此時(shí)CODCr和揮發(fā)酚的去除率分別達(dá)到51.2%和81.3%。

      2.3穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn)

      在廢水初始pH值為3,鐵碳填料投加量為300g/L,反應(yīng)時(shí)間為120min的條件下,在常溫下進(jìn)行4次重復(fù)性試驗(yàn)。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(shí)廢水m(BOD5)/m(CODCr)值從0.11提高到0.42。

      3 結(jié)論

      (1)正交試驗(yàn)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(shí)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(shí)間為120min。

      (2)穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn)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(duì)CODCr和揮發(fā)酚的去除效果較好,具有良好的重復(fù)性,同時(shí)廢水m(BOD5)/m(CODCr)值從0.11提高到0.42。

      [1]ZHAO J L,CHEN X W,YAN B,et al.Estrogenic activity and identification of potentia1 xenoestrogens in a coking wastewater treatment p1ant[J].Ecotoxico1 Environ Saf,2015,112(2):238-246.

      [2]金文學(xué),朱筱瀅,呂樹光.焦化廢水除氰工藝的優(yōu)化研究[J].環(huán)境污染與防治,2015,37(6):79-82.

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      [10]WU J.Experiment research onpretreating the po1yester resin wastewater by Fe-C micro-e1ectro1ysis[J].Environmenta1 Science and Management,2011,36(1):75-78.

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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(xiàng)目(2015KQNCX102)

      殷旭東(1981-),男,湖北廣水人,實(shí)驗(yàn)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)

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