内电解接触氧化还原法对制药废水预处理研究

第l6卷第1期2003年O2月武汉科技学院学报JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFSCIENCEANDENGINEERINGV_01．16No．1Feb．2003内电解接触氧化还原法对制药废水预处理研究叶长青，王军，曾庆福，陆晓华2(1武汉科技学院环境科学研究所，湖北武汉430073；2华中科技大学环境科学与工程学院，湖北武汉430072)摘要：用内电解法对某制药废水进行预处理研究。通过曝气和投加一定量的氧化剂可以增强内电解处理效果，结果表明，在Fe／C比为l：1，pH值为3．0，H2O2(3O％)投加量为500mg／L，反应时间为3小时的情况下，该法对CODc去除率可达70％，色度去除率为90％，并犬为提高废水的可生化性，可以生化处理。关键词：制药废水；内电解；预处理；曝气中图分类号：X505文献标识码：B文章编号：l009—5160(2003)Ol一0o39—04化工制药行业排出的高浓度有机废水一般具有成分复杂、pH变化大等特点，而且所含有机物很难生物降解，污染性强长期以来是废水治理中的难题。通常生化处理具有成本低效果好的优点，所以长期以来对高浓度难直接降解有机废水的治理多采用稀释后进行生化处理的方法，但是随着总量控制和用水成本的提高，采用更合理经济有效的预处理方法显得迫切和重要。近年来，内电解法处理各类工业废水的研究以及生成规模的内电解法处理工业废水的装置投入运行的报道已较多，采用铁、炭腐蚀电池工艺(内电解)作为物化预处理方法，无论在试验研究还是在生产实践的应用方面，都取得了令人满意的效果[1“】，国内外对内电解改进性试验及工程实践的报道也时有出现，如方彬的流化床电偶反应器p等。我们在分析了内电解原理和有关工程实例的基础上，提出了增强内电解接触氧化还原的新概念，即在传统内电解过程中通氧曝气搅拌形成接触氧化流化床，同时投加氧化剂强化内电解的氧化效果，发挥协同作用，并对浙江某制药厂废水进行了试验研究，试验结果表明，该处理方法既克服了传统铁、炭内电解反应器填料易钝化、结块的缺点，又能进一步提高对制药废水的预处理效果，而且非常方便于对传统工艺的改造，取得了较好的效果。1方法原理增强内电解接触氧化还原法对废水的处理是基于电化学反应的氧化还原、电池反应产物及碳粒的絮凝及新生絮体的吸附以及添加氧化剂双氧水与内电解反应产物再作用形成所谓Fenton试剂等的协同作用，其中电化学反应的氧化还原作用是最基本的和主要的．1．1电化学腐蚀作用利用经活化处理的废铁屑和碳粒作为原料，置于一箱体内，由于碳的电位高，而铁的电位低，．在电解质溶液中可组成腐蚀电池的阴、阳极。其反应机理为：阳极(Fe)：FeFe钭+2e阴极(C)：2H+2e一2[H]一H2(酸性介质)O2+2H20+4e--*4OH。(碱性介质)Mn+ne—M(还原金属离子)在实际反应中，我们希望铁腐蚀进行，这是因为生成的Fe2+对于废水的处理有着十分重要的意义。收稿日期：2002—10—28作者简介：叶长青(1974-)，男，在读硕士生，研究方向：水和废水处理维普资讯http://www.cqvip.com40武汉科技学院学报2003证1．2还原降解作用在上面阳极反应中新生的Fe有极高的活性，在酸性条件下，对某些有机物有降解作用。如对于偶氮型有机物，它可以发生如下反应：R—N=N—R+4Fe+4H2O-'--~RNH2+RNH2+4Fe3+4oH一1．3Fe(OH)3的吸附絮凝作用首先，由Fe-C组成的许多微小原电池会产生许多小的电场，在该电场力的作用下，废水中的重金属离子、苯酚、苯胺等物质可以产生电絮凝反应和氧化还原反应。然后，利用机械增氧暴气的方法使Fe转化为Fe，进而转化为Fe(OH)3胶体，由于该正电胶体的混凝吸附，所以可以除去废水中的负电荷基团，并且对COD的去除亦有较好的作用。1．4活性碳的吸附作用由于活性碳有很强的吸附能力，尤其是废水中的固体微粒，很容易被它吸附除去。1．5添加氧化剂的增强氧化作用在内电解过程中添加双氧水可以增强氧化作用。电化学反应过程中产生的大量的Fe和双氧水组成Fenton试剂，具有极强的氧化能力，这是因为其中的Fe催化分解HzOz，生成羟基自由基，并引发更多的其它自由基，这些自由基具有很高的电极电势，电子亲和力高，可与废水中的有机物发生反应使其分解，或改变电子云密度和结构，利于凝聚和吸附过程的进行．1．6空气的氧化接触作用此外在充氧条件下，发生下列反应[0]：4Fe+8OH一+Oz+2HzO=4Fe(OH)3将电化学反应过程中产生的大量的Fe转化为Fe，同时剧烈地充氧产生搅拌作用使反应器内铁炭填料处于不断接触氧化还原状态下，由于铁屑颗粒问以及铁屑颗粒与炭粒间的相互磨擦，使得铁屑表面难以形成一层不溶性的阻碍电化学反应继续进行的钝化膜，电化学