阴极扩展电解槽处理焦化废水试验研究

王 静

辽宁省环境科学研究院，辽宁沈阳 110031

0 引言

焦化废水来自炼焦和煤气净化过程及化工产品的精制过程。主要为蒸氨废水、煤气水封水、煤气净化各分离器及油槽分离水、各工段油槽分离水及地下放空槽的放空液、各工段地坪冲洗水和化验室排出的废水等。废水成分较复杂，一般均含有较高浓度的COD、挥发酚、氰化物、氨氮、石油类等污染物，是一种典型的含有难降解有机化合物的工业废水[1]。

为了实现焦化废水的有效处理，开展综合利用，近年来出现了越来越多的焦化废水处理技术，但是都以生物处理为主。现有的许多生物处理方法是对传统的活性污泥法的改进，其中有延时曝气法、生物铁法、两段活性污泥法等。但因工程条件所限制，水力停留时间不够长，厌氧水解不彻底，焦化废水COD出水仍很高。由此可见，从理论上说，焦化废水仅靠生化处理手段无法达到国家相应排放标准限值要求[2]。为此，急需研究经济适用的新型焦化废水处理新工艺。

1 阴极扩展电解槽反应机理

扩展阴极法是一种新型的电化学反应处理法，它是在平行板电解槽的两极之间填充与去除金属离子同元素的纯金属丝或金属粒，并使之与阴极相连，在电解时充当阴极并一起发生电化学反应[3]。

本文以某钢铁企业焦化废水为研究对象，采用扩展阴极电化学反应处理对废水中的高浓度COD、NH3-N以及挥发酚进行处理，考虑电解时间及电解电压对反应的影响，以确定最佳运行参数，为焦化废水的处理提供新的思路。

2 试验材料和方法

试验用水取自某钢铁企业焦化厂生产过程中产生的焦化废水，废水水质如表1所示。

表1 焦化废水水质

采用阴极扩展电解槽对焦化废水进行电解处理。电解槽有效体积为：2L。电解槽内填充粒径为5mm左右的石英石。电解主要考虑的反应因素是电解电压和电解时间[4]。

考虑反应时间影响因素时的实验条件为：电解电压为16V， 分 别 在 0min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min取样测定。

考虑电解电压值影响因素时的实验条件为：反应时间为10min，电压值分别为0 V、5 V、10 V、15 V、20 V、25 V、30V，在不同的pH值下取样测定。

3 试验结果

3.1 反应时间对处理效果的影响

电解电压为16V，电解时间分别为0min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min，废 水 中 COD变化曲线见图1，废水中氨氮及挥发酚变化曲线见图2。

图1 不同反应时间COD变化曲线

由图1可以看出，随着电解反应时间的延长，出水的COD的去除率也相应变大，但在反应10min后，出水COD的去除率增加缓慢。因此，电解电压相同情况下，电解时间10min为最佳反应时间。

图2 不同反应时间氨氮及挥发酚变化曲线

由图2随着电解反应时间的延长，出水的氨氮的去除率也相应变大，但在反应20min后，出水氨氮的去除率增加缓慢。随着电解反应时间的延长，出水挥发酚的去除率也相应变大，但在反应10min后，出水挥发酚的去除率增加缓慢。

综合以上数据，从经济和处理效果考虑，电解电压相同情况下，电解时间10min为最佳反应时间。

3.2 电解电压对处理效果的影响

电解时间为10min，电解电压分别为0 V、5 V、10 V、15 V、20 V、25 V、30V，废水中COD的变化曲线见图3，废水中氨氮及挥发酚变化曲线见图4。

图3 不同电解电压下COD变化曲线

由图3看出，随着电解电压的增加，出水COD的去除率也相应变大，而且增大的速率成上升趋势。

图4 不同电解电压下氨氮与挥发酚变化曲线

由图4可知，随着电解电压的增加，出水氨氮的去除率也相应变大，但当增加到15V以后，氨氮去除率增加开始缓慢；随着电解电压的增加，出水挥发酚的去除率也相应变大，但当增加到15V以后，挥发酚氮去除率增加开始缓慢。

综合考虑COD、氨氮与挥发酚去除电压，选择18V为最佳电解电压。

3.3 最佳条件下BOD/COD变化

从前面的实验结果和经济分析可以确定，电解法处理焦化废水时，最佳的运行参数为：电解电压为18V、反应时间为10min。在最佳运行参数条件下，多次试验BOD/COD变化曲线见图5。

图5 最佳条件下电解进出水BOD/COD变化曲线

由图5可知，在最佳运行参数条件下，BOD/COD从进水0.1提高至0.19，即废水可生化性提高。

4 结论

1）扩展阴极法是一种新型的电化学反应处理法，与常规电解法相比有以下的优点：（1）增大了阴极的表面积，使得阴极的电流密度大大降低，操作电流大为提高；（2）改善了物质的传质效果，降低了操作电压；（3）改善了电解液的电导率，提高了处理效率。

2）从实验结果和经济效益分析可以确定，阴极扩展电解法处理焦化废水时，最佳的运行参数为：电解电压为18V、反应时间为10min。

3）在最佳运行参数条件下，BOD/COD从进水0.1提高至0.19，即废水可生化性提高。

[1]王家彩.焦化废水处理工程实例[J].环境科技，2011，24(6)：32-37.

[2]郝文萍.焦化废水处理方法改革探讨[J].科技情报开发与经济，2009，19(27)：191-192.

[3]郝学奎，王三反.扩展阴极法处理含铜废水的研究[J].工业用水与废水，2002，35(5)：24-26.

[4]原金海，雷菊，党亮.铁碳微电解及Fenton氧化法在燃料废水处理中的应用[J].重庆科技学院学报，2010，12(1)：77-80.