铁炭微电解处理高浓度甲醇废水的研究

焦　静　马荣胜　王鲁斐

摘 要：采用铁炭微电解法处理某化工厂的高浓度甲醇废水。实验研究了进水pH值、反应时间、铁炭质量比、鼓入空气以及加入ClO₂氧化剂等因素对废水处理结果的影响，结果表明实验的最佳工艺条件为：进水pH值为2、铁炭比为2、反应时间为14 h，空气流速为500 ml/min及加入ClO₂(1∶500)；废水的COD去除率≥95%，且出水的可生化性得到了极大的提高。

关键词：高浓度甲醇废水；铁炭微电解；可生化性

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1005-569X(2009)01-0027-03

甲醇是一种重要的有机化工产品，常用作发酵、化工、农药、医药等行业的反应原料或溶剂。国内众多企业的甲醇生产及溶剂回收精馏装置常产生大量的高浓度甲醇废水，COD高达几千至十几万mg/L，主要含有甲醇、甲醛、甲酸及少量其他有机物[1]。高浓度甲醇废水直接进行生化处理时，会导致大多数细菌死亡，因此高浓度甲醇废水的生化处理存在一定难度。传统的高浓度甲醇废水处理方法主要有曝气法、焚烧法和高温汽化法[2]等，但这些方法都存在投资较大、运作成本较高、效率较低等缺点，有的方法还会造成二次污染。

本工作采用微电解[3~5]法处理高浓度甲醇废水，效果良好，出水COD去除率达95%以上，且出水的可生化性得到了极大的提高，为后续生物处理创造了条件。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

实验用水为某化工厂的甲醇生产废水，主要含有甲醇以及少量甲醛等有机物，COD为7 000~ 10 000 mg/L，pH约为6.5。NaOH溶液：NaOH质量分数为5%；HCl溶液：HCl质量分数为3%；铁屑：10~20目，放氢量85%~90%，济南宏泉金属加工有限公司；普通粉末状活性炭。PHS-3CA型酸度计：江苏省金坛市科兴仪器厂。

1.2 实验方法

废水用NaOH溶液或HCl溶液调节pH后，自下而上通过装有铁屑和粉末活性炭并曝气的微电解反应柱。微电解反应柱的床层体积约为500 cm³，高径比约为5，铁屑和粉末状活性炭加入量共约150 g。控制废水的停留时间，考察进水pH、铁炭质量比、微电解时间、曝气及加入ClO₂对废水COD去除率的影响。

1.3 分析方法

COD采用CJ/T56—1999《城市污水 化学需氧量的测定 重铬酸钾法》测定；废水pH采用酸度计测定。

2 结果与讨论

据文献报导[6，7]，影响铁炭微电解反应效果的主要因素有进水pH值、铁炭比、反应时间、鼓入空气和加ClO₂氧化剂等。考虑到进行综合因素实验的复杂性，实验采用单因素实验进行研究并得出了最佳处理条件。

2.1 进水pH 值对COD去除率的影响[ST][WT]

采用HCl溶液或NaOH溶液调节进水pH，在铁炭质量比为2，微电解时间为5 h的条件下，考察进水pH对COD去除率的影响。实验结果见图1。由图1可见：酸性条件对铁炭微电解的氧化-还原反应有利，进水pH越小，COD去除率越高，但并不是进水pH越小越适合，因为酸性越强，铁屑的消耗量越大，产生的铁泥也越多。综合考虑，确定适宜的进水pH为2。

2.2 铁炭比对COD去除率的影响

2.3 微电解时间对COD去除率的影响

在铁炭质量比为2、进水pH为2的条件下，考察微电解时间对COD去除率的影响。实验结果见图3。由图3可见：微电解时间对COD去除率的影响呈正比关系，随微电解时间增加，COD去除率增加；微电解18 h后铁炭体系的活性已被完全激活，处理效果大幅度提高；微电解20 h后COD去除率达到90%以上。

2.4 曝气对COD去除率的影响

由于甲醇容易被空气氧化，因此曝气对甲醇的去除有利。在进水pH为2、铁炭质量比为2、空气流量为500 ml/min的条件下，考察曝气对COD去除率的影响，实验结果见图4。由图4可见：在相同的微电解时间内，曝气能大幅度提高COD去除率，微电解14 h时曝气微电解的COD去除率可达85%以上，COD由原来的7 000 mg/L左右降至1 000 mg/L左右；而未曝气微电解的COD去除率仅为60%左右。

2.5 加入ClO₂氧化剂对COD去除率的影响

ClO₂常用作氧化剂来处理废水中的还原性物质[8~10]，效果良好，同时不会造成二次污染。在进水pH值为2左右、铁炭质量比为2、鼓入空气为500ml/min条件下进行实验，结果如图5所示。

从图5可知，加入ClO₂氧化剂能够较大的提高COD去除率。反应14 h后COD去除率可达到95%以上且曲线趋于平稳。考虑到其他实际因素，实验反应时间约为14 h较为合适。

3 结 论

(1) 在以ClO₂为氧化剂、进水pH值为2、铁炭质量比为2、反应时间为14 h且曝气(500 ml/min)的条件下，采用铁炭微电解处理高浓度甲醇废水，废水的COD去除率可达95%以上，且处理后的废水可生化性大大提高,为后续生物处理工序创造了有利条件。

(2) 进水pH值为2，经铁炭微电解反应处理14 h后，出水pH 值能够达到6左右，pH值有明显的提高，减轻了后续处理对pH值要求的压力。

(3) 铁炭微电解处理化工废水操作简单，运行流程短，设备简单，在运行过程中仅消耗少量的酸和铁屑，费用很低。铁炭微电解是一种很好的废水处理技术，用于高浓度甲醇废水必将具有广阔的前景。

参考文献：

［1］ 乌锡康. 有机化工废水治理技术. 北京：化学工业出版社,1999. 7.

[2] 叶燕. 甲醇废水的污染防治对策. 石油与天然气化工，1997，26(4)：251～255.

[3] 张春永，沈迅伟，张静等. 铁炭微电解法处理混合农药废水的研究. 江苏化工，2003，8(4)：47～51.

[4] 朱丽，金爱民. 微电解—催化氧化—生化法处理酚醛树脂生产废水. 化工环保，2004，24(4)：243~244.

[5] 高彦林，张雁秋，薛方亮. 铁碳微电解法处理某化工厂废水的研究[J]. 江苏环境科技，2006，19(5):11~13.

[6] 陈梅芹，马晓国，李凡修，等. 微电解法处理印染废水[J] . 广东大学学报，2004，21(4) :80~84.

[7] 矫彩山，王中伟，彭美媛等. 铁炭微电解—Fenton试剂氧化法预处理广灭灵及丙草胺废水[J]. 化工环保，2007,24(4):349~352.

[8] Can Izares P,Garcia Gomez J,Lobato J,et al. Electro-chemical oxidation of aqueous carboxylic acid wastes using diamond thin film electrodes[J]. Ind Eng Chem Res,2003,42(4):95~96.

[9] Nora San S M,Josep F F,Xaver F S,et al. Preoxidationof an extremely polluted industrial wastewater by the Fentons reagent. J HazardM ater,2003,101 (3) :315～322.

[10]Jose R. Parga,David L. Cocke. Oxidation of Cyanide in a Hydrocyclone Reactor by Chlorine Dioxide[J]. Desalination,2001,140:289~296.