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電催化氧化技術降解焦化廢水

發布時間:2010-8-31 10:15:42  中國污水處理工程網

焦化廢水的種類較多,從產生廢水的源頭分,有煉焦煤帶入的水分、焦化產品回收及精制過程中使用直接蒸汽時轉化的水、工藝介質、洗滌溶鹽等加入的水、添加稀化學劑帶入的水、工藝管道設備等清洗加入的水、清洗油品槽車水等。從其排出方式上分,有從焦爐煤氣冷凝液中分離出來的剩余氨水、焦化產品回收及精制過程中工藝介質的分離水,以及其它一些污水,屬于難處理的工業廢水。目前國內處理焦化廢水的技術主要采用生化法,生化法對廢水中的苯酚類及苯類物質有較好的去除作用,但對喹啉類、吲哚類、吡啶類、咔唑類等等一些難降解有機物處理效果較差,使得焦化行業外排水CODcr難以達到一級標準。

電催化氧化法處理難生化降解有機廢水的研究是近年人們普遍重視的課題,尤其在國外,對該技術已有較多的研究。但總的來看,仍處于探索階段。

根據分析,在三維電極電解體系中,通過電解產生的O2和溶解O2在陰極上可能發生如下的還原反應,產生活性中間體H2O2 。

酸性體系:O2+2H++2e→H2O2             (1)

堿性體系:O2+H2O +2e→HO2- +OH-   (2)

     HO2- + H2O→ H2O2+OH-    (3)

電生成Fenton試劑是Fe2+和H2O2的結合產物,H2O2在Fe2+催化下產生·OH,·OH有極強的氧化能力,可使有機物氧化為CO2和H2O,CODcr去除率高,而且自身還原為水,不產生有毒有害物質。在傳統的電生成Fenton試劑體系中,通常以鐵作為陽極,在電解過程中產生大量的Fe2+、Fe3+,增加了水的色度。本試驗用廉價的石墨代替鐵作為陽極,采用外加Fe2+的方法,通過調控外加Fe2+的量使Fe2+的催化功能最優化。

當溶液中不存在 Fe2+時,氧化有機物分子主要靠H2O2來完成,而當溶液中存在Fe2+時會發生如下反應[6]

Fe2+ + H2O2=Fe3+ + OH- +·OH    (5)

Fe3+ + H2O2=Fe2+ + HO2·+ H+     (6)

Fe3+ +e =Fe2+                            (7)

反應(5)中生成的·OH 的氧化能力極強,主要由它來氧化有機物分子,反應(5)消耗的Fe2+由反應(6),反應(7)補充,Fe2+ 可循環使用。但Fe2+  濃度過大會使有機物去除率下降,這是因為當有過量的Fe2+存在,Fe2+  會消耗一部分·OH:

Fe2++·OH+H+=Fe3+ +H2O        (8)

采用活性炭和某些液體催化劑(含有Fe2+)作為復合催化劑的三維電極技術降解CODcr的機理可能為活性炭的吸附、陽極反應,·OH自由基的氧化,Fenton反應和絮凝反應。有降解焦化廢水需要處理的單位,也可以到中國污水處理工程網的污水寶項目服務平臺咨詢具備類似污水處理經驗的企業。

本文介紹用三維固定床電極技術對焦化廢水進行深度處理的實驗研究,對影響CODcr去除效果的因素進行初步探索。

1 試驗部分

1.1 試驗廢水的來源及水質

廢水取自大化集團化肥廠煉焦車間生化處理出水,廢水水質:Ph為6~9,CODcr為180~200mg/l。

1.2 測試指標

CODcr:重鉻酸鉀法

1.3 試驗設備及方法

電解裝置由電解槽、變壓器、電壓表、直流電流表和整流器等組成。電解槽中以石墨板作為陽極和陰極,填充粒子為10~20目的水處理用柱形活性炭和相同粒徑范圍的石英砂。該反應槽有效容積為0.2L,每次實驗前先用待處理水對活性炭進行飽和,飽和后加入焦化廢水,同時加入一定量的液體催化劑,并用硫酸和氫氧化鈉來調節pH值,然后通電,調節電壓到所需值進行間歇實驗。

2 試驗結果和討論

分別考察了槽電壓、反應時間、液體催化劑用量和ph值對CODcr去除率的影響。

2.1 槽電壓與CODcr去除率的關系

實驗條件:反應時間為60min,液體催化劑用量為1000mg/l,ph為3。

槽電壓與CODcr 去除率關系的單因素試驗表明:隨著槽電壓的增加,CODcr去除率逐漸增大 。

2.2 反應時間與CODcr去除率的關系

實驗條件:槽電壓為12V,液體催化劑用量為1000mg/l,ph為3。  

反應時間與CODcr 去除率關系的單因素試驗表明:隨著反應時間的增加,CODcr去除率逐漸增大并趨于平緩 。

2.3 液體催化劑量與CODcr去除率的關系

實驗條件:槽電壓為12V,反應時間為60min,ph為3。 

液體催化劑量與CODcr 去除率關系的單因素試驗表明:隨著液體催化劑量的增加,CODcr去除率逐漸增大 。

2.4 pH與CODcr去除率的關系

實驗條件:槽電壓為12V,反應時間為60min,液體催化劑量為1000mg/l。  

pH值與CODcr 去除率關系的單因素試驗表明:隨著pH值的增加,CODcr去除率逐漸降低。

2.5 討論

1) 在實驗條件下,由電催化氧化技術原理可知,隨著槽電壓的增大和Fe2+的增加,在主電極與通過靜電感應產生的粒子群電極表面產生的H2O2的量也隨之增加,在有Fe2+存在條件下,更有利于生成Fenton試劑,COD的去除率也隨之增加。

2)在反應初始的一段時間內,體系內污染物的濃度較高,濃差極化影響不顯著,但隨著反應的進行,污染物濃度逐漸降低,濃差極化現象越來越顯著,單位時間內擴散到電極表面的污染物減少,另外隨著反應進行,液體催化劑中Fe2+的含量也在逐漸漸少,相應也會影響其與H2O2生成Fenton試劑反應的進行,所以曲線變得越來越平緩。

3)在三維電極電解體系中,在酸性和堿性條件下,都能產生活性中間體H2O2,但是在堿性條件下,Fe2+很快便生成絮體,影響了其進一步與H2O2生成Fenton試劑的反應,導致在在實驗ph范圍內,隨著ph的增大,CODcr去除率呈現逐漸降低的趨勢。

3 結論

3.1 通過單因素試驗確定了適宜的槽電壓、液體催化劑用量、氣量、pH和反應時間。

3.2 復合催化電解法有機的結合了吸附、表面催化、氧化還原等多種過程,有效的降低了焦化廢水的CODcr,并且具有設備簡單、高效、占地面積小、操作簡單等優點。通過與生物方法(如A-A-O法)聯用,可起到穩定和提高外排水質,并可最終達到中水回用目的。來源:谷騰水網

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