铁碳微电解预处理维生素C生产废水

铁碳微电解预处理维生素C生产废水1、概述1.1、VC生产工艺维生素CCVitaminC)，又L一名抗坏血酸，是人体必需的一种水溶性维生素，广泛应用于临床医疗，食品与饮料工业、饲料工业等。其生产方法主要用莱氏法与两步发酵法。异维生素C钠(D-VC钠)，是一种新型抗氧化剂，能有效的减少食品的氧化，对肉制品与海鲜有助色作用，同时，其能抑制食品中亚硝酸盐的生成，广泛应用于食品工业。异维生素C钠的生产方法主要有直接发酵法和间接发酵法两种。郑州市某生物制药公司，以玉米为主要原料，采用两步发酵法生产维生素C，采用间接发酵法生产异维生素C钠，其生产工艺流程分别如图1和2所示。其水质特点如下:(1)COD浓度高，成分复杂;(2)水质水量变化较大，且间歇排放;（3）呈强酸性，有异味，盐度大;（4）含有代谢抑制物和惰性物质。图1维生素C生产工艺流程图图2D-VC钠生产工艺流程图1.2水质与水量企业日均综合废水产量约1000m3/d，主要水质如表1所示。表1进水水质1.3铁碳微电解铁碳微电解法又称内电解法或铁屑过滤法，是一种基于原电池原理的以电化学反应为主的，集氧化还原、吸附絮凝、催化氧化、络合及电沉积与一体的水处理技术。铁碳微电解法处理装置简单，占地面积小，基建与运行费用相对较低，以废铁屑为原料，电解过程无需外加电源，具有“以废治废”的作用。铁碳微电解一般用作生化处理的预处理，其可有效的降低有机物的浓度，同时能降低废水的毒性，改善废水的可生化性，为后续生物处理创造较好的条件。1.3.1铁碳微电解原理铁碳微电解降解水中污染物的机理主要有:原电池反应，氧化还原作用，絮凝、吸附及共沉淀作用，电附集作用。在不同的条件下，其作用机理有所不同，例如，在曝气条件下，其污染物去除机理主要是絮凝作用，而在非曝气条件下，其作用机理主要电化学还原作用。1)微电池反应铁碳在水溶液中以废水中的离子为电解质，Fe为阳极，C为阴极，发生原电池反应，其电极反应如下在酸性有氧存在条件下的阴极反应的电势值为1.23V，远大于中性或弱碱性条件下的0.40V和无氧条件下的0.00V，因此，在酸性充氧条件下，阳极腐蚀反应进行的更快，对污染物的去除效果也较好。2)氧化还原作用在酸性或中性环境中，原电池反应产生的新生态H和Fe2+具有较强的化学活性，易与废水中的多种物质发生氧化还原反应，其能够有机大分子的分子结构，尤其是含有碳碳双键、苯环、偶氮、硝基、卤代基等难降解物质，从而使废水脱色或提高废水的可生化性。铁与酸反应生成的H2可通过催化加氢反应去除有机污染物，该反应主要发生的铁屑的表面，且需要适合的催化剂。在铁碳微电解体系中，铁屑中的杂质可以提供此催化剂。3)吸附、絮凝与共沉淀作用颗粒碳具有较大的比表面积，对废水中的金属子与有机污染物具有较强的吸附能力，而且在酸性环境中，铁屑的比表面积较大，具有较强的表面活性，可以吸附废水中的多种金属离子与有机污染物。铁碳微电解反应生成的大量Fe2+及Fe3+，在适宜的pH下，形成具有优良絮凝性能的Fe（OH）2与Fe(OH）3凝胶沉淀，对废水中的胶体与SS具有较好的去除效果。此外，新生态的Fe(OH):具有较强的化学活性，可以与多种重金属离子产生共沉淀效应。4)电泳作用在铁碳微电解体系内，阴阳两极之间形成微电场，在微电场的作用下，废水中的胶体颗粒，极性分子产生电泳现象，在静电与表面能的作用下，在电极上附集、沉积，借此，实现对污染物的去除。1.3.2铁碳微电解的影响因素铁碳微电解法处理废水的影响因素主要包括废水pH值、反应时间(停留时间)、铁碳比(体积比或质量比)、曝气量和固液比等。1)废水pH值由铁碳微电解的反应机理可知，溶液的pH值是影响铁碳微电解废水处理效果的关键因素。不同的pH值，其反应机理与反应产物均不相同。在酸性条件下，溶液中存在大量H十，铁的电化学腐蚀和微电解反应进行的较快，有利于污染物的去除。但是，当pH值过低时，铁离子的酸溶出占主导地位，电化学溶出较少，因H2产生速率过大，导致H2对铁屑形成包裹作用，阻碍的铁屑表面与废水中污染物的接触，进而影响去除效果。此外，过量的铁离子进入到废水中，增加了后续处理的成本与污泥处理的难度。在中性或者碱性条件下，处理效果不理想或基本不发生反应，因此，铁碳微电解废水处理一般在弱酸性的条件下进行，控制pH值在3～6.5之间。对于特定的废水，应通过实验确定最佳的pH值。2)反应时间反应时间对铁碳微电解废水处理效果有着重要影响，一般地，反应时间越长，处理效果越好，但是，过长的反应时间会增加铁的消耗量，消耗溶液中的H十，使溶液pH值上升，不利于电解反应的进行;另外，水中铁离子的增加会增加水的色度，增加后处理的费用与难度。己有研究表明，对于不同的废水，反应时间多则十多个小时，少则十多分钟。对于特定的废水，其最佳的反应时间须