_铁碳微电解处理焦化废水生化出水有机质的去除机制

焦化废水主要产生于煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收等生产过程，是一种典型的难处理高含量有机废水。受地域、焦化厂规模和工艺、运行管理方式、煤质等诸多因素的影响，焦化废水的污染物组成及含量、水量存在较大差异，变化范围较广[1]。焦化废水成分复杂、污染物含量和色度较、毒性大、可生化性差（BOD5/COD＜0.3），有机物主要包括酚类、胺类、萘类和杂环类化合物等，并含有氨类、硫氰酸盐和氰化物等无机物[2]。焦化废水常用的处理方法有物理化学法和生化法，其中物理方法包括絮凝、吹脱、物质吸附、试剂萃取和化学氧化等方法，处理成本较高，存在二次污染问题[3]；而生物法包括A/O、A2/O、A/O2、A2/O2、序批式活性污泥法（SBR）、生物流化床等工艺及组合工艺，处理成本低，无二次污染问题，因此被广泛应用于各个焦化污水处理厂[4]。GB16171－2012不仅要求企业将COD和NH4+-N的质量浓度降低到较低的到80mg/L和10mg/L，并且明确限制了环境危害性较大的有机物的最高排放含量，如挥发酚、苯、苯并芘及多环芳烃等[5]。GB16171－2012的实施，对传统焦化废水的处理工艺形成了较大的挑战，利用常规物化法和生化法处理焦化废水已经很难达标排放，深度处理已势在必行。目前焦化废水的深度处理工艺包括MBR、O3活性炭、Fenton试剂、光催化氧化、纳滤、反渗透膜分离和树脂吸附法等。但这些深度处理方法在使用过程中均存在一定的弊端，如MBR对生化后出水处理效率有限，光催化氧化、纳滤、反渗透膜和树脂吸附等方法尽管处理效率较好，但存在构建和处理成本高、维护困难等缺点。因此目前开发简单、高效、廉价的焦化废水深度处理技术显得十分重要。铁碳微电解法，又称内电解、零价铁法其作用机理是利用金属腐蚀作用，以铁为阳极，含碳物质作为阴极，废水中的离子作为电解质，产生原电池效应以处理难降解有机物[6]。铁碳电极产生的电极反应还会引起很多连锁反应，其中包括Fe和[H]的还原作用、铁离子的絮凝沉淀作用、原电池反应、铁碳微电解处理焦化废水生化出水有机质的去除机制冯三三1，张国栋2，孙慧芳1，杨茹霞1，程芳琴1（1.山西大学低附加值煤基资源高值利用协同创新中心，山西大学资源与环境工程研究所，山西太原030006；2.青岛农业大学资源与环境学院，山东青岛266109）摘要：为解决炼焦工业原有废水处理工艺难于达标排放问题，研究了市场成品铁碳微电解填料在处理焦化废水生化出水中有机质去除机制，结果表明，铁碳微电解填料可有效去除COD和TOC，经120h处理，可去除72.4%±4.4%的COD和69.8%±4.5%的TOC。UV254和SUVA随停留时间延伸不断降低，表明有机质在持续从难降解形态向易降解形态转变，直到彻底氧化。三维荧光光谱及傅里叶红外光谱分析显示，原生化出水中丰富的三环或低于三环的芳香族类化合物在前12h便可迅速分解转化；在经120h微电解作用后，残留在水体的物质主要是五环以上的芳香族化合物和腐殖酸，及少量的卤代物。关键词：铁碳微电解；焦化废水；生化出水中图分类号：X784文献标识码：A文章编号：1000-3770(2018)04-0057-005收稿日期：2017-12-11基金项目：国家自然科学基金山西煤基低碳联合基金（U1610222）；国家青年自然基金（51408350）作者简介：冯三三（1993－），男，硕士研究生，研究方向为生物电化学系统强化焦化废水处理及电能回收联系电话：18234121233；电子邮件：871032267@qq.com联系作者：张国栋，教授；电子邮件：282594428@qq.com第44卷第4期2018年4月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.44No.4Apr.,2018DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2018.04.01157电化学富集作用等等[7]。该方法具有设备构造简单、操作方便和处理成本低等优点，可实现以废治废，是当前难降解及有毒工业废水最常用的深度处理方法之一，也被广泛应用于各种高含量难降解废水预处理[8-9]。在焦化废水处理方面，铁碳微电解技术也常被用作焦化废水预处理以提高可生化的预处理措施之一，但材料消耗过大、成本过高，并未广范推广[10]。本研究针对目前铁碳微电解用作焦化废水的深度处理方法研究较少的现状，重点研究了铁碳微电解方法处理焦化废水生化出水进行深度过程中，有机物的降解过程及特性，以从微观角度认识铁碳电极深度处理焦化废水的机理与机制，促进该工艺的推广和应用。1实验部分1.1装置与水质研究同时构建3套完全相同微电解反应器装置。反应器为圆柱形，直径30cm，体积6L，由树脂玻璃粘合而成。反应器内设置条形曝气头和加热装置，通过转子流量和定时器计控制曝气泵