三维固定床电极法降解焦化废水_李玉明

第29卷第4期2006年4月环境科学与技术三维固定床电极法降解焦化废水李玉明,邢向军,周集体,滕丽曼(大连理工大学环境与生命学院,大连116024)摘要:采用三维电极固定床技术对焦化废水进行了深度处理的实验研究,并取得了相应的工艺参数。实验研究结果表明,三维电极技术能有效的处理焦化废水,在槽电压为12V,液体催化剂量为1500mg/L,反应时间为60min,pH为3,COD去除率可达62%。关键词:焦化废水;三维固定床电极;羟基自由基中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1003-6504(2006)04-0082-03焦化废水的种类较多,从产生废水的源头分,有炼焦煤带入的水分、焦化产品回收及精制过程中使用直接蒸汽时转化的水、工艺介质、洗涤溶盐等加入的水、添加稀化学剂带入的水、工艺管道设备等清洗加入的水、清洗油品槽车水等。从其排出方式上分,有从焦炉煤气冷凝液中分离出来的剩余氨水、焦化产品回收及精制过程中工艺介质的分离水,以及其它一些污水,属于难处理的工业废水。目前国内处理焦化废水的技术主要采用生化法,生化法对废水中的苯酚类及苯类物质有较好的去除作用,但对喹啉类、吲哚类、吡啶类、咔唑类等[1]等一些难降解有机物处理效果较差,使得焦化行业外排水COD难以达到一级标准。近几年来随着有机化学理论的深入研究,证实了不少有机化合物的氧化还原、加成和分解反应都可以在电极上进行[2]。传统的平板二维电极面体比较小,单位槽体处理量小,电流效率低,尤其是在电导率低时,因而在实践中难以有突破性的进展。针对传统二维电极这一缺陷,在20世纪60年代末期提出了三维电极/三元电极的概念[3]。三维电极是一种新型的电化学反应器,又叫粒子电极或床电极。它是在传统二维电解槽电极间装填粒状或其它碎屑状工作电极材料并使装填工作电极材料表面带电,成为新的一极(第三极),在工作电极材料表面能发生电化学反应。电催化氧化法处理难生化降解有机废水的研究是近年人们普遍重视的课题,尤其在国外,对该技术已有较多的研究。但总的来看,仍处于探索阶段。根据文献[4-5]分析,在三维电极电解体系中,通过电解产生的O2和溶解O2在阴极上可能发生如下的还原反应,产生活性中间体H2O2。酸性体系:O2+2H++2e→H2O2(1)碱性体系:O2+H2O+2e→HO2-+OH-(2)HO2-+H2O→H2O2+OH-(3)电生成Fenton试剂是Fe2+和H2O2的结合产物,H2O2在Fe2+催化下产生·OH,·OH有极强的氧化能力,可使有机物氧化为CO2和H2O,COD去除率高,而且自身还原为水,不产生有毒有害物质。在传统的电生成Fenton试剂体系中,通常以铁作为阳极,在电解过程中产生大量的Fe2+、Fe3+,增加了水的色度。本试验用廉价的石墨代替铁作为阳极,采用外加Fe2+的方法,通过调控外加Fe2+的量使Fe2+的催化功能最优化。当溶液中不存在Fe2+时,氧化有机物分子主要靠H2O2来完成,而当溶液中存在Fe2+时会发生如下反应[6]Fe2++H2O2=Fe3++OH-+·OH(5)Fe3++H2O2=Fe2++HO2·+H+(6)Fe3++e=Fe2+(7)反应(5)中生成的·OH的氧化能力极强,主要由它来氧化有机物分子,反应(5)消耗的Fe2+由反应(6),反应(7)补充,Fe2+可循环使用。但Fe2+浓度过大会使有机物去除率下降,这是因为当有过量的Fe2+存在,Fe2+会消耗一部分·OH:Fe2++·OH+H+=Fe3++H2O(8)采用活性炭和某些液体催化剂(含有Fe2+)作为复合催化剂的三维电极技术降解COD的机理可能为活性炭的吸附、阳极反应,·OH自由基的氧化,Fenton反应和絮凝反应。本文介绍用三维固定床电极技术对焦化废水进行深度处理的实验研究,对影响COD去除效果的因素进行初步探索。1试验部分1.1试验废水的来源及水质废水取自大化集团化肥厂炼焦车间生化处理出水,废水水质:pH为6~9,COD为180~200mg/L。1.2测试指标COD:重铬酸钾法1.3试验设备及方法作者简介:李玉明(1974-),男,工程师,硕士,研究方向为工业水处理,(手机)13387881205(电子信箱)lym2088@163.com。82··DOI:10.19672/j.cnki.1003-6504.2006.04.032电解装置由电解槽、变压器、电压表、直流电流表和整流器等组成。电解槽中以石墨板作为阳极和阴极,填充粒子为10~20目的水处理用柱形活性炭和相同粒径范围的石英砂。该反应槽有效容积为0.2L,每次实验前先用待处理水对活性炭进行饱和,饱和后加入焦化废水,同时加入一定量的液体催化剂,并用硫酸和氢氧化钠来调节pH值,然后通电,调节电压到所需值进行间歇实验。2试验结果和讨论分别考察了槽