三维固定床电极法降解焦化废水

时间：2007-05-22 来源： 作者：

    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CODcr难以达到一级标准。

　　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^[2，3]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_cr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CODcr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CODcr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，CODcr为180~200mg/l。

　　1.2 测试指标

　　COD_cr:重铬酸钾法

　　1.3 试验设备及方法

　　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

　　分别考察了槽电压、反应时间、液体催化剂用量和ph值对COD_cr去除率的影响。

　　2.1 槽电压与COD_cr去除率的关系

　　实验条件：反应时间为60min，液体催化剂用量为1000mg/l，ph为3。实验结果见图1。

　　槽电压与COD_cr 去除率关系的单因素试验表明：随着槽电压的增加，COD_cr去除率逐渐增大 。

　　2.2 反应时间与COD_cr去除率的关系

　　实验条件：槽电压为12V，液体催化剂用量为1000mg/l，ph为3。实验结果见图2。

　　反应时间与COD_cr 去除率关系的单因素试验表明：随着反应时间的增加，COD_cr去除率逐渐增大并趋于平缓 。

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