铁碳反应床处理焦化含酚废水的研究

吴英华（重庆能源职业学院，重庆 402260）

铁碳反应床处理焦化含酚废水的研究

吴英华
（重庆能源职业学院，重庆 402260）

采用碳钢屑/活性炭混合床反应器对焦化废水中 COD 的去除以及影响因素进行了研究，并利用电化学方法对混合床反应器去除焦化废水中有机物的机理作了探讨。结果表明，碳钢屑/活性炭混合床反应器可以有效地去除焦化废水中的有机物，COD 的去除率能达到50%左右；pH值对混合床反应器去除焦化废水中 COD的影响不大；絮凝剂对提高焦化废水COD的去除率是有限的；碳钢屑/活性炭混合床反应器对焦化废水中有机物的去除主要是通过电絮凝器作用。

铁碳反应；COD；废水

当今，工业废水已成为水污染的重要污染源，主要来源于厂矿的生产过程。由于生产所用的原料和生产过程的不同，废水的性质和成分也不同。如含有大量有机污染物的废水来自塑料、造纸、制糖、化工等工业企业；同时含有有机物和无机物的废水来自制药厂、焦化厂、氮肥厂等；含有无机物的废水来自选煤、建筑材料、钢铁厂等；含有重金属的废水来自电镀、矿山、冶炼、油漆、颜料等工业。其中，炼焦、煤气净化等企业产生的焦化废水具有排放量大，水质成分复杂等特点。由于焦化废水中含有这些高浓度、高毒性的物质以及难生物降解有机物对微生物抑制作用。因此，在用工业中比较通用的生化法出废水之前先用物化法对废水进行预处理。焦化废水预处理技术有厌氧水解（酸化）法、稀释法、蒸汽气提法、混凝沉淀法、气浮法、萃取脱酚法、超声辐照法、微电解法等。其中，微电解法是一种常用的对难降解废水处理方法。最近几年，微电解处理工业废水发展十分迅速，现已用于印染、电镀、石油化工、制药、煤气洗涤、印刷电路板生产等工业废水及含砷、含氟废水的处理工程，并收到了良好的经济效益和环保效果。

1　实验原理

在铁碳反应中主要发生的是电化学反应中的氧化还原和电负极，当将其浸入电解质溶溶中时，由于Fe和C之间存在1.2V的电极电位差，因而会形成无数的微电池系统，在其作用空间构成一个电场，阳极反应生成大量的Fe2+进入废水，进而氧化成Fe3+，形成具有较高吸附絮凝活性的絮凝剂。阴极反应产生大量新生态的[H]和[O]，在偏酸性的条件下，这些活性成分均能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，使有机大分子发生断链降解，从而降低了废水中有机物的含量，同时又提高了废水的可生化度，且阴极反应消耗了大量的H+生成了大量的OH-，这使得废水的pH值也有所提高。

当废水与铁碳接触后发生如下电化学反应：

当有氧存在时，阴极反应如下：

实验材料

铁碳屑：解化清洁能源有限公司化工分公司产生的废铁碳屑；

活性炭：ZH-15；

焦化含酚废水：取自解化清洁能源有限公司化工分公司煤化工分厂水塔出口，COD：5 000～6 000mg/L；

COD加热消解器：承德市华通环保仪器有限公司 CTL-25型；

分光光度计：上海精密科学仪器有限公司 721型；

pH计：梅特勒-托利多仪器有限公司 FE20型。

2　实验过程

将取来的铁屑筛选，取0.5～1.0cm的部分，去除油污，用清水将其洗净，然后用5%的HCl浸泡5～10min将其活化备用。另取活性炭，将其用焦化含酚废水浸泡使其饱和，其目的是使其不具有吸附性。将处理好的铁屑与活性炭按一定比例混匀均匀置于反应床中制成铁碳反应床，向反应床中注入焦化含酚废水，静止一段时间后将焦化含酚废水放出，测量其COD值，pH值，观察反应床对COD的去除效果及pH的变化。

3　结果与讨论

3.1对不同比例的讨论

取用焦化含酚废水饱和过的活性炭与活化处理后的铁碳屑按不同比例进行混匀制成铁屑/活性炭反应床，向不同的反应床中加入相同的原焦化含酚废水，静止相同时间后将含酚废水放出，测量其COD值并观察pH值的变化，其反应床对COD的消除率如图1所示。

图1　不同比例对COD的影响

由图1可以看出，当活性炭与铁碳屑的质量比在1∶1.5时，其对COD的消除率最好。由此可以看出，当活性炭与铁碳屑的质量比为1∶1.5时活性炭与铁碳屑所形成的微电解元最多，这时对焦化含酚废水的处理效果最好，活性炭与铁碳屑得到最充分的利用，使其效率最高。因此，选择活性炭与铁碳屑的质量比在1∶1.5为最佳比例。

3.2对含酚废水的不同pH值的讨论

取用焦化含酚废水饱和过的活性炭与活化处理后的铁碳屑按质量比为1∶1.5的比例进行混匀均制成铁屑/活性炭反应床，然后分别向其加入不同pH值的含酚废水，静止一段时间后将焦化含酚废水放出，测量其COD值并观察pH值的变化，其反应床对COD的消除率如图2所示。

图2　不同pH值对COD的影响

由图2可以看出，当焦化含酚废水的pH值在4～5左右时，其对COD的消除率最好。但当pH=4时铁的消耗量要明显大于pH=5的铁的消耗量，使铁碳反应床的使用周期缩短，铁碳反应的成本增加。因此，选择焦化含酚废水的pH值在5左右时为最佳pH值。

3.3反应床对含酚废水处理不同时间的讨论

取用含酚废水饱和过的活性炭与活化处理后的铁碳屑按质量比为1∶1.5的比例进行混匀制成铁屑/活性炭反应床，向其加入pH=5的含酚废水，在静止2h、3h、4h、6h和14h后分别取样，测量其COD值并观察pH值的变化，观察不同的处理时间对COD的消除率的影响，其反应床对COD的消除率如图3所示。

图3　不同时间对COD的影响

由图3可以看出，水样当经过3h的处理后，其对COD的消除率与经过6h处理水样的COD消除率大致相同。考虑到时间的因素，因此选择处理3h为最佳。

由以上各因素可以看出，反应床的活性炭与铁碳屑的质量比为1∶1.5时，处理pH=5的焦化含酚废水3h时COD的消除率最好，可达到50%左右。

3.4温度对铁碳反应床处理效果的影响

温度是加快反应进行的一个重要因素，但公司在现实生产中温度升高一般通过蒸汽来加热实现，常态下温度并不能升的很高，同时在随着温度的升高酚水蒸发量加大，结合以上因素选取60℃为宜进行实验。

在活性炭与铁碳屑的质量比为1∶1.5，pH=5的条件下，将焦化含酚废水的温度加热并保持到60℃，处理一段时间后，放出、静止，然后测量出不同处理时间时COD的值，计算出其COD的消除率，结果见图4。

图4　温度对铁碳反应床处理效果的影响

由图4可知，当温度在60℃时，在2h时COD的消除率较好，可达到50%左右，即在活性炭与铁碳屑的质量比为1∶1.5，pH=5的条件下，将焦化含酚废水加热到60℃处理2h就可达到预期效果。

3.5对处理后的铁离子的去除的的讨论

经过铁碳反应床处理后，水中Fe2+的含量大大增加，会对后续的生化处理产生一定的影响，因此对处理后水中Fe2+的去除是一个关键的因素，本文通过调节pH进行Fe2+的去除，其去除效果良好，同时又对COD的去除进一步增加。通过调节酸碱度，将用铁碳反应床处理过后的酚水调节至pH=9，静止15min，酚水中将产生大量Fe（OH）3的沉淀，而Fe（OH）3是一个良好的絮凝剂，将酚水中的COD又通过絮凝的方法去除一部分，从而使水中的COD值又进一步降低。同时经过测量BOD/COD，发现还提高了BOD/COD的比值，从而使焦化含酚废水的可生化性进一步提高。

对经过上述处理过后的水样与未进过处理的水样进行分析对比其结果见表1。

表1　水样与未进过处理的水样进行分析

由表1可以看出经过一系列的处理过后，焦化含酚废水的挥发酚、总酚和COD均有较大幅度的下降，同BOD/COD的比值则有较大幅度的上升。这表明，经过这一系列的处理后对焦化含酚废水的可生化性有着较大的提高，同时对生化系统的负担减轻，提高生化系统的处理能力。

[1] 汤心虎，甘复兴，乔淑玉.铁屑腐蚀电池在工业废水治理中的应用[J].工业水处理，1998，（06）.

[2] 安晓雯，仉春华.铁屑-活性炭内电解法预处理制药废水的试验[J].大连民族学院学报，2007，（5）：73-75.

[3] 冯俊生，徐锡炜，汪一丰.电絮凝技术在废水处理中的应用[J].环境科学与技术 2008，（8）：87-89.

[4] 蔡晓东，郑帼.腈纶废水处理的问题和研究现状[J].工业水处理，2006，（03）.

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

吴英华（1978—），男，黑龙江人，讲师，主要从事化工分析及化工教育。