铁碳微电解预处理高浓度焦化废水的试验研究

殷旭东，李德豪，毛玉凤，朱越平，黄梅

（广东石油化工学院　环境与生物工程学院，广东　茂名　525000）

铁碳微电解预处理高浓度焦化废水的试验研究

殷旭东，李德豪，毛玉凤，朱越平，黄梅

（广东石油化工学院环境与生物工程学院，广东茂名525000）

采用铁碳微电解预处理高浓度焦化废水，以CODCr和挥发酚为考察对象，通过正交试验和单因素试验研究了废水初始pH值、铁碳投加量及反应时间对处理效果的影响。结果表明：最佳反应条件是废水初始pH值为3，铁碳填料投加量为300g/L，反应时间为120min，此时CODCr和挥发酚的去除率分别达到48%和79%以上，废水m（BOD5）/m（CODCr）值从0.11提高到0.42。

铁碳微电解；高浓度焦化废水；正交试验

高浓度焦化废水具有有机物浓度高、可生化性差、成分复杂、色度高、有异味、毒害性和危害性强等特点［1-3］。因为该废水各种污染物指标浓度较高，必须将其预处理到一定程度后，才可以进入到生化处理阶段。

目前，国内外对高浓度焦化废水预处理的方法主要有［4-7］：物理法、化学法、物理化学法。铁碳微电解技术［8］属于化学法中的一种，该方法利用铁的低电位和碳的高电位产生电位差，形成无数的原电池，基于电化学氧化还原反应的原理，通过铁离子的电附集、混凝、吸附等作用来处理废水，将难降解的有机大分子污染物断链为小分子有机物，同时可提高废水的可生化性，该法具有设备构造简单、操作方便、处理成本低等优点，被广泛应用于各种高浓度难降解废水预处理［9］。

本研究采用铁碳微电解技术预处理广东省某化工厂排放的高浓度焦化废水，利用正交试验和单因素试验确定最佳反应条件和最佳处理效果，获得该类废水的铁碳微电解预处理数据，为后续生化工艺设计提供数据和参考。

1　材料与方法

1.1试验材料

铁碳填料：椭圆状，粒径为2.0 cm×2.5 cm，密度为1.1 t/m3，比表面积为1.2 m2/g，空隙率为65%，物理强度为1 000kg/cm2，化学成分为铁、碳和其它催化元素。

试验用水取自广东省某化工厂，试验水质如表1所示。

表1　试验用水水质Tab.1　Experimenta1 water qua1ity

1.2试验方法

取一定质量的铁碳填料置于2 L烧杯中。加入1 000mL已经调节好pH值的试验水样，控制曝气量为2L/min。通过正交试验和单因素试验，考察pH值、铁碳投加量、反应时间对CODCr和挥发酚的去除效果。

1.3分析方法

pH值测定采用玻璃电极法；CODCr测定采用重铬酸钾法；挥发酚测定采用4-氨基安替比林直接光度法；BOD5测定采用HACH BOD分析仪。

2　结果与讨论

2.1正交试验

铁碳微电解预处理效果的影响因素主要有废水初始pH值（A）、铁碳投加量（B）及反应时间（C）［10］。拟通过正交试验确定各影响因素的重要性和最佳反应条件。选用L9（33）正交表，因素水平和试验结果如表2、表3所示。

由表3可知，影响CODCr和挥发酚去除率的因素主次顺序均为反应时间＞初始pH值＞铁碳投加量，正交试验得到最佳工艺参数组合均为A2B1C2，即废水初始pH值为3，铁碳填料投加量为300 g/ L，反应时间为120min。

2.2单因素试验

2.2.1最佳反应时间的确定

在废水CODCr的质量浓度为25 568mg/L，挥发酚的质量浓度为1 129mg/L的条件下，控制曝气量为2L/min，初始pH值为3，铁碳填料投加量为300g/L，考察反应时间对CODCr和挥发酚去除效果的影响，结果如图1所示。

表2　正交试验因素水平Tab.2　Factor 1eve1s of orthogona1 test

表3　正交试验结果Tab.3　Resu1ts of orthogona1 test

图1　反应时间对CODCr和挥发酚去除效果的影响Fig.1　Effect of reaction time on CODCrand vo1ati1e pheno1 remova1

由图1可知，当反应时间为120min时，CODCr和挥发酚的去除率最高，此时微电解反应完全，达到平衡点。当反应时间低于120min时，随着反应时间的延长，CODCr和挥发酚去除率呈现增加的趋势，这是因为停留时间延长，废水中铁的溶解量、微电解产生的［H］、Fe2+与Fe3+浓度均逐渐增加，对氧化还原反应及絮凝效果有明显促进作用；当反应时间大于120min时，随着反应时间的延长，CODCr和挥发酚去除率缓慢下降，这是因为长时间置于有氧环境中铁容易发生钝化，使得微电解反应受到抑制。因此最佳反应时间为120min，此时CODCr和挥发酚的去除率分别达到51.3%和81.1%。

2.2.2最佳初始pH值的确定

在原水CODCr的质量浓度为27762mg/L，挥发酚的质量浓度为1384mg/L的条件下，控制曝气量为2L/min，铁碳填料投加量为300g/L，反应时间为120min，考察废水初始pH值对CODCr和挥发酚去除效果的影响，结果如图2所示。

图2　初始pH值对CODCr和挥发酚去除效果的影响Fig.2　Effect of initia1 pH va1ue on CODCrand vo1ati1e pheno1 remova1

由图2可知，当初始pH值为3时，CODCr和挥发酚的去除率最高；当初始pH值小于3时，CODCr和挥发酚的去除率均减小，这是因为pH值较低时会减弱铁盐的絮凝作用；当pH值大于3时，随着pH值的升高，CODCr和挥发酚的去除率明显减小，这是因为pH值升高会导致电位差降低，使得电极电化学反应减弱，抑制反应进行。因此，最佳初始pH值为3，这与朱乐辉等［11］的研究结果一致。此时CODCr和挥发酚的去除率分别达到50.9%和80.9%。

2.2.3最佳铁碳填料投加量的确定

在原水CODCr的质量浓度为26 525mg/L，挥发酚的质量浓度为1 213mg/L的条件下，控制曝气量为2L/min，初始反应pH值为3，反应时间为120min，考察铁碳投加量对CODCr和挥发酚去除效果的影响，结果如图3所示。

图3　铁碳投加量对CODCr和挥发酚去除效果的影响Fig.3　Effect of iron-carbon dosage on CODCrand vo1ati1e pheno1 remova1

由图3可知，当铁碳投加量为300g/L时，CODCr和挥发酚的去除率最高；当铁碳投加量低于300g/L时，随着投加量的增加，CODCr和挥发酚去除率明显增加，这是因为随着铁碳投加量的增加，原电池数量增加，［H］、Fe2+、Fe3+量逐渐增加，氧化还原能力逐渐增强；当铁碳投加量高于300g/L时，随着投加量的增加，CODCr和挥发酚去除率基本不变，这是因为铁过量，处于过饱和状态，对电化学反应并没有促进。因此最佳铁碳填料投加量为300g/L，此时CODCr和挥发酚的去除率分别达到51.2%和81.3%。

2.3稳定运行试验

在废水初始pH值为3，铁碳填料投加量为300g/L，反应时间为120min的条件下，在常温下进行4次重复性试验。结果表明：CODCr去除率为48%～52%，挥发酚的去除率为79%～82%，CODCr和挥发酚的去除效果较好，具有良好的重复性，同时废水m（BOD5）/m（CODCr）值从0.11提高到0.42。

3　结论

（1）正交试验结果表明：影响CODCr和挥发酚去除率的因素主次顺序均为反应时间＞初始pH值＞铁碳投加量，最佳工艺参数组合是废水初始pH值为3，铁碳投加量为300g/L，反应时间为120min。

（2）稳定运行试验结果表明，在各单因素的最佳控制条件下，CODCr去除率为48%～52%，挥发酚去除率为79%～82%，铁碳微电解对CODCr和挥发酚的去除效果较好，具有良好的重复性，同时废水m（BOD5）/m（CODCr）值从0.11提高到0.42。

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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

广东省普通高校青年创新人才项目（2015KQNCX102）

殷旭东（1981-），男，湖北广水人，实验师，硕士，主要从事水污染控制技术与资源化研究，（电子信箱）gdmmyxd@163. com。

2016-04-19（修回稿）