强化铁碳微电解法处理拉开粉废水的研究

吕游

（中国石油辽阳石化公司矿区事业部)

强化铁碳微电解法处理拉开粉废水的研究

吕游*

（中国石油辽阳石化公司矿区事业部)

通过采用强化微电解法处理橡胶厂拉开粉废水的实验并与传统的微电解法相比较，得出强化微电解法处理拉开粉废水优于传统微电解法，CODCr去除率由20%提高到50%，拉开粉去除率由25%提高到50%，克服了传统微电解工艺中存在的铁屑表面易钝化失效和铁屑结块等缺点。

强化微电解微电解拉开粉废水实验反应器

0 引言

铁碳微电解主要基于电化学中的电池反应,涉及到氧化还原、电富集、物理吸附和絮凝沉降等多种作用。反应过程生成的产物具有强氧化还原性,使常态难以进行的反应得以实现。它不但可以去除部分难降解物质，大幅度降低色度，还可以改变部分有机物形态和结构，提高废水的可生化性，而且铁碳微电解过程多采用废铁屑等工业废料，因此可以节省处理费用，达到以废治废的目的。

传统的铁碳微电解工艺在运行过程中出现一些问题，主要表现在当废水浓度过高时，处理效果不稳定，同时需要频繁反冲洗和再生，多数情况下还出现了铁屑表面钝化和铁屑结块现象，从而使设备的处理效率降低甚至完全失效。其原因是在微电解反应器中由微电池的反应、表面接触氧化反应所产生的电场、铁离子、铁氧体微粒等新生态中间体，通过氧化还原、电富集、吸附、催化、絮凝、过滤等作用被截留在固定床中，使铁的表面形态发生了变化。

本研究通过在原有的微电解反应器上外加直流电源以强化微电解作用处理拉开粉（BX）废水，通过正交实验及单因素实验，考察了强化微电解中各影响因素，并与传统微电解法的处理效果进行了对比。

1 实验装置及方法

1.1 废水水质

水样来源于橡胶厂硬丁腈橡胶车间，水样水质情况为：pH 6～7，CODCr2 000～4 000 mg/L，BX 600～800 mg/L，SS 200～400 mg/L。废水B/C值在0.08左右，同时废水呈红棕色，有刺激性气味。

1.2 实验装置

强化铁碳微电解实验反应器结构如图1所示，反应器底部装有曝气头，基础填料有活性炭、铁屑，反应器中插入钛板作为电极，板间距为8 cm。

图1 强化铁碳微电解实验反应器结构

1.3 实验方法

填料的预处理：先用10%NaOH溶液浸泡废铁屑10 min，去除废铁屑表面的油污，然后用清水冲洗至中性,再使用1%H2SO4溶液浸泡5 min，去除表面的氧化物，提高废铁屑表面活性，最后用水冲洗干净。活性炭在使用前在原废水中浸泡至吸附饱和。

强化铁碳微电解实验：先插入曝气头和钛板电极，将预处理后的铁屑与活性炭按比例混合均匀后装入有机玻璃反应器中；取经过混凝沉淀处理后的废水，将其pH值调至酸性，倒入反应器中；通入压缩空气，打开直流稳压电源开关，反应一定时间，取上清液，测定拉开粉浓度和CODCr。

1.4 分析

拉开粉测定参照兰州市给排水公司《技术规程(质2-1965)》中的方法进行；其它测试方法均参照国家环保总局《水和废水监测分析方法》。

2 结果与分析

2.1 强化铁碳微电解实验

2.1.1 正交实验

以进水pH、电解电流、反应时间、温度为因素，进行四因素三水平正交实验，因素水平表见表1，实验结果及分析见表2。考察进水pH值、电流强度和反应时间、温度等因素对CODCr及拉开粉去除率的影响。

表1 强化微电解正交实验因素及水平

表2 强化微电解正交实验结果及分析

通过正交实验结果计算和极值分析得出：在三种影响因素中，各因素的影响作用大小依次为电流强度＞反应时间＞进水pH。反应时间越短，电流强度越小，处理效率就越差，BX去除率就越低；反之，反应时间越长，电流强度越大，BX去除率就越高。但电流强度高于7 A、反应时间大于10 min时，继续增加电流强度和延长反应时间会带来更多不利影响。在反应时间为10 min时，继续增加电流强度，废水的温度会持续增加，直至废水沸腾，这会明显增加处理成本。由正交实验可初步确定废水处理的最佳条件为：pH=7.0，电流强度为5 A，反应时间为10 min。

实验结果表明：在酸性条件下，在一定的电流强度和较短的反应时间内，强化铁碳微电解反应器对CODCr的去除率可达到50%以上，对拉开粉的去除率可达到56%以上。

2.1.2 单因素实验

2.1.2 .1电流强度对处理效果的影响

在pH值为原水pH值、反应时间为10 min的条件下，改变直流电源的电流强度分别为0 A、1 A、3 A、5 A、7 A和9 A，考察电流强度对处理效果的影响，结果见图2。图2表明，随着电流强度的增加，CODCr和BX的去除率均增加，说明外加电流确实可以提高微电解反应器的除污效果，而且随着电流强度的增加，处理效果会越来越好。但考虑到电流强度的增加会增加实验成本，故电流强度定为5 A。

图2 电流强度对处理效果的影响

2.1.2 .2反应时间对处理效果的影响

在外加电流强度为5 A、进水pH值为原水pH值的条件下，考察了反应时间对处理效果的影响，结果见图3。

图3 反应时间对处理效果的影响

图3表明，强化铁碳微电解反应器在较短的时间内对拉开粉和CODCr的去除率比较高，随着停留时间的延长，去除率也相应提高，在10 min时，对拉开粉的去除率可达到49.8%，对CODCr的去除率可达到48.7%。废水升温很快，10 min后水温可达50℃以上。若再延长反应时间，废水就会出现沸腾的现象，水体成糊状，并呈砖红色，这是由于高温下铁屑消耗较快并迅速转化生成铁的氢氧化物沉淀所致。这种情况对于提高处理效率收效不显著，因此反应时间不宜过长。反应时间宜定为10 min。

2.1.2 .3 pH值对处理效果的影响

在反应时间为10 min、外加电流强度为5 A的情况下，调节废水的pH值，考察pH值对处理效果的影响，结果见图4。

图4 pH值对处理效果的影响

由图4可以看出，pH值在3～4之间，拉开粉和CODCr的去除率最高。pH值过低，去除率则低，这是由于在较低的pH值下（pH=1～3），铁与酸发生氧化还原反应，抑制了微电解反应的进行，而且加剧了铁的消耗。pH值在4～7之间时，去除率则下降，这是由于在酸性环境下，有利于电离生成H2O2，在Fe2+的催化作用下，H2O2转化为OH-、HO2，从而加快了有机物质的氧化。但随着pH值趋于碱性，Fe2+与OH-生成Fe(OH)2，进而氧化成Fe(OH)3，Fe(OH)2和Fe(OH)3都有很好的絮凝作用，从而发生电絮凝，使去除率有所增加。故最佳反应pH值为3～4。废水本身的pH值接近于中性，在pH值等于7时，拉开粉和CODCr的去除率可分别达到53.5%和50.8%，因此考虑到调节废水pH值的成本问题，确定将反应的pH值定为原水pH值。

2.2 对比实验

对微电解反应和强化微电解反应两种工艺的处理效果进行对比实验。微电解反应的实验条件为：进水pH在3～4之间，停留时间为30 min。强化铁碳微电解反应的实验条件为：进水pH值为原水pH值，停留时间为10 min，电流强度为5 A。实验对比结果见表3。由表3可以看出，强化铁碳微电解反应器对拉开粉和CODCr的去除率明显优于微电解反应器对其的去除率。

表3 微电解对比实验结果

3 结论

（1）外加直流电源强化铁碳微电解反应器处理拉开粉废水的去除效果优于不加直流电源微电解反应器的处理效果。

（2）外加直流电源强化铁碳微电解反应器对拉开粉废水的适应性强，可在不用调节pH值的环境下取得预期的处理效果。

（3）外加直流电源强化铁碳微电解法处理拉开粉废水的水力停留时间较短，使废水在较短的时间内得以处理，大大延长了反应器的反冲洗周期，提高了处理效率。

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Study on Nekal BX Wastewater Treatment with Intensified Ferric-carbon Micro Electrolysis

Lü You

Intensified micro electrolysis was used to treat nekal BX wastewater in rubber plant,and compared with traditional micro electrolysis,the results showed that intensified micro electrolysis was better than traditional micro electrolysis.The CODCrremoval efficiency increased from 20%to 50%,the nekal BX removal efficiency increased from 25%to 50%.The intensified micro electrolysis overcome the disadvantages of passivation failure on iron chips surfaces and iron chips agglutination in traditional micro electrolysis process.

Intensified micro electrolysis;Micro electrolysis;Nekal BX;Wastewater;Experiment;Reactor

TQ 03

*吕游，男，1983年生，助理工程师。辽阳市，111003。

2011-12-11）