粒子群电极膨胀床处理焦化废水的研究_娄军芳

第40卷第12期辽宁化工Vol.40，No.122011年12月LiaoningChemicalIndustryDecember，2011收稿日期收稿日期：2011-09-20作者简介作者简介：娄军芳（1973-），男，讲师，在读博士，河北石家庄人，研究方向：生态环境系统工程。E-mail：ljffp@sohu.com，电话：0431-84566261。通讯作者通讯作者：倪弘昕（1972-），女，高级工程师，研究方向：水处理工艺与管理。E-mail：nhx1@sohu.com，电话：0431-84593802。粒子群电极膨胀床处理焦化废水的研究娄军芳1，倪弘昕2，巴奇3（1.吉林建筑工程学院基础部，吉林长春130118；2.长春水务集团中日人民友好水厂，吉林长春130061；3.吉林建筑工程学院市政与环境工程学院，吉林长春130118）摘要：在工业生态思想的指导下，以工业生产的废料和沙子为电催化电极，以自行组装的粒子群膨胀床为处理设备，对某焦化厂的焦化废水进行实验处理。研究表明，该曝气粒子群电极膨胀床能有效处理焦化废水，在反应时间为3.0h，槽电压为9.0V，pH值为9.0，曝气量为80L/min的条件下，可使进水COD由1062mg/L，降到497mg/L。特别是焦化废水中难降解的含氮杂环化合物得到有效的降解和破解。关键词：粒子群电极；膨胀床；焦化废水中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1004-0935（2011）12-1233-03焦化废水是一种含酚类、多环芳香族化合物及氮、氧、硫的杂环化合物等有毒有害和难降解有机化合物的废水，其中COD、NH3-N浓度较高，变化范围大，是一种典型难处理的工业废水。电化学废水处理是近年发展起来的颇具竞争力的废水处理工艺，电极材料的选择对废水的处理效果有很大的影响。针对焦化废水的特性，以工业废料A+石英砂为主电极材料，并辅以曝气的膨胀床处理焦化废水工艺尚未见报道。本文在工业生态思想的指导下，以某种工业生产的废料A+石英砂为填料，以自制的膨胀床处理焦化废水，取得了很好的效果。1实验部分1.1主要装置试验用粒子群电极膨胀床为敞开式结构。底部通入压缩空气。输入电源为两相交流220V。膨胀床反应器的外观尺寸：长×宽×高=620mm×360mm×400mm；出水槽：长×宽×高=180mm×360mm×400mm；床内尺寸：长×宽×高=220mm×170mm×400mm；床外壁材质：PVC;膨胀床数目：2个；电极材质：铜板，数量：4块；装满填料后的有效容积：30L；填料类型：沙子和工业生产废料A，填料装填比为1︰1，填充比为有效容积的70%；整流器：河北省青县整流器厂制造；空气压缩机：BOYUINDUSTRIESCO.LTD，POWER：90W.OUTPUT:90L/min；棒状曝气头：2个。1.2检测方法COD检测采用国家标准方法GB11914-89重铬酸盐法。NH3-N检测采用国家标准方法GB7478-87蒸馏和滴定法。pH值测定：电位测定法。每个水样测定2～4次取平均值。1.3废水水质试验废水取自某焦化厂，其废水水质指标见表1。表1实验废水水质项目pHCOD/(mg·L-1)NH3-N/(mg·L-1)19.0310831727.02614737考虑到运行成本问题，实验用无氨蒸馏水稀释3倍后进行处理。1.4实验方法实验通过正交实验设计，考虑进水pH、停留时间、曝气量和电压对处理效果的影响，选择本实验电极材料的最佳处理条件，并利用最佳条件对废水进行处理。实验取值前，进行了3次预处理实验，使电极填料达到稳定状态后开始实验。每次实验进行3～5次，直至处理效果稳定。每次实验用水量30L。正交试验设计因素见表2。1234辽宁化工2011年12月表2粒子群电极膨胀床正交实验设计因素项目ApH值B停留时间/hC曝气量/（L·min-1）D电压/V17.02.0709.028.02.58010.039.03.09011.0做正交试验L9(34)。1.5实验原理[1]在阳极，有机物在电极表面直接被氧化，反应如下：R+M0x(HO·)→CO2+MOx+ZH++Ze-R+MOx+1→RO+MOxMOx(HO·)和MOx+1分别表示物理吸附的活性氧，即吸附的羟基自由基HO·和化学吸附的活性氧，即进入氧化物晶格中的氧原子。阴极对有机物的降解作用就是通过电极的还原产物(H2O2)来氧化污染物的[2]。酸性条件下：O2+2H++2e-→H2O2碱性条件下：O2+H2O+2e-→HO2-+OH-HO2-+H2O2+2e-→H2O2+OH-2实验结果和讨论2.1实验结果做正交试验L9(34)，实验结果见表3。表3膨胀床正交实验结果项目ABCDCOD降解率,%NH3-N降解率,%17.02.0709.064－2527.02