铁碳微电解法处理某化工厂废水的研究
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微电解的氧化-还原反应是在铁炭电极间发生 的 不同的铁炭比对 CODCl 去除率影响很大O 从表 1 可以看出 本试验最佳铁碳比 (体积 )出 现 在 1I2 左 右 由此 确定铁碳比(体积)为 1I2O
表 ! 不同铁碳比下废水的处理效果
Fe:C
111 1:1.5 1:2 1:2.5
反应时间 /1
2
! 废水处理试验
1.1 废水水质 实验废水来自某化工厂生产废水9 主要成份有
乙醛\少量三聚乙醛和微量的四聚乙醛9以及生产过 程中加入的微量催化剂吡啶和氢溴酸0 此外9考虑到 乙醛在酸性条件下或有铁的情况下可以聚合9 废水 中还会有一些其他形式的乙醛聚合物[1]0
收 稿 日 期 !2006-04-09 作 者 简 介 !高 彦 林 (1981- )1 男 1河 北 邯 郸 人 1 中 国 矿 业 大 学 在 读 硕 士 研
! 引言
化工废水一般具有成分复杂\毒性大\浓度高\ 治理难等特点9 对于它的处理始终是环境工程领域 的难题之一O 这类废水9如果仅仅采用生物处理技术 很难达到较好的效果9而且存在投资大\效果差\运 行周期长等问题0 因而9选择合适的预处理技术9是 这类废水有效处理的关键所在0 本研究采用铁炭微 电解法对某化工厂化工废水进行预处理9 并考察了 不同因素对处理效果的影响9 为此类化工废水的预 处理提供了一条有效的途径0
12
江苏环境科技
2006年 10 月
2 实验原理
微电解氧化还原试验是利用有一定比表面的含
有大量导电杂质的高价金属在酸性环境下发生电蚀
反应时 在金属与杂质间形成微电极 由微电极电解
而产生足量的活性氢\氧和氢氧根 并利用其活性来
分解和还原高分子量有机物O 铁和炭的氧化还原电
位相差较大 在废水中加入铁屑和铁碳粉末 由此组
由图 2 可知 反应时间对 CODCl去除率的影响 呈正比关系 随停留时间增加 CODCl去除率增加 但 超过 120 min 以后 CODCl去除率曲线趋于平缓O 分 析上图变化曲线的原因1"可能是随着反应的进行
第 19 卷 第 5 期
高彦林等 铁碳微电解法处理某化工厂废水的研究
13
易降解物质基本反应完全, 难降解的物质反应需时 长的缘故;!从实验原理考虑,反应过程中 ~+不断 的消耗,反应一段时间后,由于 p~ 值的增加而导致 反应放缓O 这一点在实验中得到了验证,当进水 p~ 值为 2,反应 40 ~ 50 min 后,p~ 值可达到 5 左右O
体作用主要有1 "新产生的铁表面及反应中产生的
大量初生态的 Fe2+和原子 ~ 具有高化学活性 能改
变废水中许多有机物的结构和特性 使有机物发生
断 链\开 环 等 作 用[2];#反 应 生 成 的 Fe2+参 与 溶 液 中
的氧化还原反应 生成 Fe3+ 反应后期溶液 p~ 值升
高 Fe3+逐渐水解生成聚合度大的 Fe(O~)3 胶体絮凝 剂 可以有效地吸附\凝聚水中的污染物 从而增强
1.23
V
(4)
除上述反应外 电化学腐蚀又引发了一系列连
带协同作用 故铁炭微电解法是絮凝\吸附\架桥\卷
扫\共沉\电沉积\电化学还原等多种作用综合效应
的 结 果[4]O
3 结果分析
查阅相关文献 影响铁碳微电解反应效果的因 素 有 进 水 p~ 值 \铁 炭 比 \停 留 时 间 \进 水 CODCl 值 等O此外 废水的温度对铁碳微电解反应效果的影响 也是一个值得考虑的因素O 但考虑到水的比热比较 大 如果一年四季随着温度的变化来调节废水的温 度以此来达到本实验最佳温度的话 那从成本上考 虑将会是一笔很大的开销 经济上根本不合算 故本 实验不考虑温度对实验效果的影响O
图 1 COd"r 去除率随进水 pH 值的变化曲线
酸性条件对铁碳微电解的氧化-还原反应是有 利的 p~ 值越小 去除率越高O 由图 1 可以看出 p~ 值大于 3.5 以后 CODCl 去除率有明显的下降O 但并 不是 p~ 值越小越适合 因为酸性越强 铁的消耗量 也越大 产生的铁泥自然就多(增加了副产品的处 理费用)O 此外 考虑到吸附塔出水 p~ 值在 3 左右 和运行中成本问题 最终确定本实验进水的 p~ 值 为 2O 3.2 铁碳比的影响
最终本试验综合处理设备容积和造价等因素, 决定选择铁碳反应停留时间为 120 minO 3.4 进水 CODCr 浓度的变化对反应的影响
当 进 水 p~ 值 为 2 左 右 铁 碳 比 为 1=2 反 应 时 间 2 h,去除率最佳O 但在实验过程中,由于吸附塔 的检修,进水中 CODCr 浓度波动很大O为了考察进水 浓度对 CODCr 去除率的影响,保证实验条件相同,对 不同进水浓度 CODCr 去除率进行比较, 结果如图 3 所示O(系列 1 ~ 4 对应的 4 组水样,! CODCr 值分别 为 3 500,4 600,5 200,8 800 mg L-l,每隔 30 min 取 一次样O )
成腐蚀电池O 它集氧化还原\絮凝吸附\催化氧化\络
合及电沉积等作用于一体O
在酸性条件下 将铁碳混合物投加到电解质溶
液中时 两者间会通过原电池效应发生如下的电极
反应1
阳极(Fe)1 Fe-2e! Fe2+, E! = -0.44 V (1)
阴极(C)1 2~++2e! 2[~]!~2, E!= 0V (2) 电极反应生成的产物具有较高的化学活性O 具
铁屑1采用机械加工厂生产中产生的铁屑9粒径 小于 1 mmO 用 10%碱液浸泡并小火加热 5 ~ l0 min 除油9 然后用 3%的稀盐酸浸泡 30 min 以去除表面 氧化物9最后用清水冲净待用O
碳:使用的是焦炭粉末9平均粒径 1 mm 左右O CODCr 的测定1重铬酸钾回流法O pH 值的测定1PHS-3CA 型酸度计测定O 1.3 实验方法 取 1 000 mL 水样置于烧杯中9 用 HCi 调节 pH 值后加入铁屑和活性炭的混合物约 200 gO 反应一定 时间后9将铁碳与水分离O 然后向反应过的水中加入 Ca(OH)29调 pH 值 到 89絮 凝 体 沉 淀 30 min9取 上 清 液测 CODCr 值O
! 结论
对此化工废水的处理, 采用铁炭微电解法进行 预处理能够达到满意的效果,试验结果表明1
1 铁炭微电解法对试验所用废水的处理十分 有效,在进水 p~ 值为 2 铁碳比为 1=2 反应时间为 2 h 的 反 应 条 件 下 ,CODCr 去 除 率 在 64% 以 上 O 且 CODCr 的去除率不随进水浓度的波动而变化O 此外, 处理后的废水可生化性大大提高, 为后续生物处理 工序创造了有利条件O
对废水的净化效果[3]O
此外 水中的溶解氧在电解过程中可能通过以
下的电极反应生成 ~2O 1
阴极1 ~+ + O2 + 2e ! ~2O2
(3)
生成的 ~2O2 可 同 水 中 的 Fe2+ 反 应 生 成 氧 化 能
力极强的羟基自由基~O~1
Fe2+ + ~2O2! Fe +~O~+O~-,
E = ! (O2/H2O)
3.1 进水 p~ 值的影响 为了找出进水的最佳 p~ 值 控制铁碳比 (体积
比)为1 I1 反 应 时 间 为 2 1O 进 水!(CODCl)为 3 600 mg~L-l p~ 值为 3.5 采用 ~CI 和 NaO~ 调节 p~ 值 后开始反应 比较在不同 p~ 值情况下 CODCl 的去除 率O p~ 值对 CODCl 的去除影响情况如图 1O
Abstract! The main composition of this wastewater is acetaidehyde, paraidehyde, metaidehyde, pyridine and some acetaidehyde poiymers. !(CODCr) vaiue of the wastewater is from 3 000 to 4 000 mg.L-l and BOD5/CODCr is oniy 0.05 ,which was treated by microeiectroiytic method. The resuits indicated that the optimized condition of ferric-carbon microeiectroiysis is pH=2, Fe/C=1I2, HRT=2 h. Under this condition1the removai rate of CODCr was above 64%. And the vaiue of BOD5/CODCr was above 0.45, the biodegradabiiity of the wastewater aiso got improved after pretreatment Key words! Chemicai wastewater% Ferric-carbon microeiectroiysis% pH vaiue% Fe/C% HRT% Biodegradabiiity
2 出水 p~ 值有明显的提高1进水 p~ 值为 2, 经铁碳微电解反应 1 h 后,出水 p~ 值能够达到 5 左 右,减轻了后续处理对 p~ 值要求的压力O
进水 $(CODCl) /(mg~L-l)
3 018
出水 $(CODCl) /(mg~L-l) 1 820 1 079 1 025 1 107
COD去 除 率 /% 39.6 64.2 66 63.3
3.3 反应时间的影响 当进水 !(CODCl)为 3 270 mg~L-l 铁碳比(体积)
1=2 时 调节进水 p~ 值为 2 后进行反应O 隔一定时间 取样 调 p~ 值混凝沉淀 30 minO 测上清液 CODCl 值 绘制 CODCl 去除率随反应时间的变化曲线如图 2O
变化对去除率影响不大0 而且1BOD5/CODCr 值在 0.45 以上1提高了可生化性0
关键词: 化工废水9 铁碳微电解9 pH 值9 铁碳比9 停留时间9 可生化性
中图分类号: X3
wenku.baidu.com文献标识码: A
文章编号: l004-8642"2006#05-0011-03
Treatment of Chemical Wastewater by Ferric-carbon Micro-electrolysis Method GAO Yan-iin$ ZHANG Yan-giu, XUE Fang-iiang
第 l9 卷 第 5 期 2006 年 10 月
江苏环境科技 J iangsu EnvirOnm entaI Science and T ecinOIOgy
VOI.19 NO.5 Oct.2006
铁碳微电解法处理某化工厂废水的研究
高彦林1 张雁秋1 薛方亮
(中国矿业大学环境与测绘学院1 江苏 徐州 221008)
显然, 在同样的反应条件下,4 组反应对 CODCr 去除率的效果大体是一致的, 也就是说进水浓度的 变化对反应几乎没有什么影响O 这与张春永等[5]的研 究结果是一致的O 3.5 可生化性
经铁碳微电解反应后,测得出水中的! BOD5 在 1 350 ~ 1 768 mg L-l之 间 ,BOD5 = CODCr 值 >0.45, 高于进行生化反应所需的最低值 0.3 ,可见废水的 可生化性明显提高O
摘 要! 某化工厂废水主要成份为乙醛\少量三聚乙醛\四聚乙醛\吡啶和一些乙醛聚合物0 经吸附塔处理后出水
!(CODCr)值在 3 000 ~ 4 000 mg.L-l 之间1BOD5/CODCr 只有 0.051采用铁碳微电解方法进行预处理0 实验结果表明1最
合适反应条件是进水 pH 值为 2\铁碳比 1I2\停留时间为 2 h1在此条件下 CODCr 去除率可达 64%以上1且进水浓度的
究生1研究方向 水污染控制.
废 水 先 经 吸 附 塔 处 理 9出 水! CODCr 值 稳 定 在 3 000 ~ 4 000 mg L-l之间9 略有刺鼻的水果香味9 水温 20 ~ 30 C9pH 值为 3 左右O 由于 BOD5ICODCr 只有 0.05,生化性很低9试验采用铁碳微电解法对废 水进行预处理O 试验用水采用吸附塔出水9以废水 中 CODCr 的去除率为考核标准9 对反应过程中的各 影响因素进行实验研究O 1.2 实验材料和分析方法
表 ! 不同铁碳比下废水的处理效果
Fe:C
111 1:1.5 1:2 1:2.5
反应时间 /1
2
! 废水处理试验
1.1 废水水质 实验废水来自某化工厂生产废水9 主要成份有
乙醛\少量三聚乙醛和微量的四聚乙醛9以及生产过 程中加入的微量催化剂吡啶和氢溴酸0 此外9考虑到 乙醛在酸性条件下或有铁的情况下可以聚合9 废水 中还会有一些其他形式的乙醛聚合物[1]0
收 稿 日 期 !2006-04-09 作 者 简 介 !高 彦 林 (1981- )1 男 1河 北 邯 郸 人 1 中 国 矿 业 大 学 在 读 硕 士 研
! 引言
化工废水一般具有成分复杂\毒性大\浓度高\ 治理难等特点9 对于它的处理始终是环境工程领域 的难题之一O 这类废水9如果仅仅采用生物处理技术 很难达到较好的效果9而且存在投资大\效果差\运 行周期长等问题0 因而9选择合适的预处理技术9是 这类废水有效处理的关键所在0 本研究采用铁炭微 电解法对某化工厂化工废水进行预处理9 并考察了 不同因素对处理效果的影响9 为此类化工废水的预 处理提供了一条有效的途径0
12
江苏环境科技
2006年 10 月
2 实验原理
微电解氧化还原试验是利用有一定比表面的含
有大量导电杂质的高价金属在酸性环境下发生电蚀
反应时 在金属与杂质间形成微电极 由微电极电解
而产生足量的活性氢\氧和氢氧根 并利用其活性来
分解和还原高分子量有机物O 铁和炭的氧化还原电
位相差较大 在废水中加入铁屑和铁碳粉末 由此组
由图 2 可知 反应时间对 CODCl去除率的影响 呈正比关系 随停留时间增加 CODCl去除率增加 但 超过 120 min 以后 CODCl去除率曲线趋于平缓O 分 析上图变化曲线的原因1"可能是随着反应的进行
第 19 卷 第 5 期
高彦林等 铁碳微电解法处理某化工厂废水的研究
13
易降解物质基本反应完全, 难降解的物质反应需时 长的缘故;!从实验原理考虑,反应过程中 ~+不断 的消耗,反应一段时间后,由于 p~ 值的增加而导致 反应放缓O 这一点在实验中得到了验证,当进水 p~ 值为 2,反应 40 ~ 50 min 后,p~ 值可达到 5 左右O
体作用主要有1 "新产生的铁表面及反应中产生的
大量初生态的 Fe2+和原子 ~ 具有高化学活性 能改
变废水中许多有机物的结构和特性 使有机物发生
断 链\开 环 等 作 用[2];#反 应 生 成 的 Fe2+参 与 溶 液 中
的氧化还原反应 生成 Fe3+ 反应后期溶液 p~ 值升
高 Fe3+逐渐水解生成聚合度大的 Fe(O~)3 胶体絮凝 剂 可以有效地吸附\凝聚水中的污染物 从而增强
1.23
V
(4)
除上述反应外 电化学腐蚀又引发了一系列连
带协同作用 故铁炭微电解法是絮凝\吸附\架桥\卷
扫\共沉\电沉积\电化学还原等多种作用综合效应
的 结 果[4]O
3 结果分析
查阅相关文献 影响铁碳微电解反应效果的因 素 有 进 水 p~ 值 \铁 炭 比 \停 留 时 间 \进 水 CODCl 值 等O此外 废水的温度对铁碳微电解反应效果的影响 也是一个值得考虑的因素O 但考虑到水的比热比较 大 如果一年四季随着温度的变化来调节废水的温 度以此来达到本实验最佳温度的话 那从成本上考 虑将会是一笔很大的开销 经济上根本不合算 故本 实验不考虑温度对实验效果的影响O
图 1 COd"r 去除率随进水 pH 值的变化曲线
酸性条件对铁碳微电解的氧化-还原反应是有 利的 p~ 值越小 去除率越高O 由图 1 可以看出 p~ 值大于 3.5 以后 CODCl 去除率有明显的下降O 但并 不是 p~ 值越小越适合 因为酸性越强 铁的消耗量 也越大 产生的铁泥自然就多(增加了副产品的处 理费用)O 此外 考虑到吸附塔出水 p~ 值在 3 左右 和运行中成本问题 最终确定本实验进水的 p~ 值 为 2O 3.2 铁碳比的影响
最终本试验综合处理设备容积和造价等因素, 决定选择铁碳反应停留时间为 120 minO 3.4 进水 CODCr 浓度的变化对反应的影响
当 进 水 p~ 值 为 2 左 右 铁 碳 比 为 1=2 反 应 时 间 2 h,去除率最佳O 但在实验过程中,由于吸附塔 的检修,进水中 CODCr 浓度波动很大O为了考察进水 浓度对 CODCr 去除率的影响,保证实验条件相同,对 不同进水浓度 CODCr 去除率进行比较, 结果如图 3 所示O(系列 1 ~ 4 对应的 4 组水样,! CODCr 值分别 为 3 500,4 600,5 200,8 800 mg L-l,每隔 30 min 取 一次样O )
成腐蚀电池O 它集氧化还原\絮凝吸附\催化氧化\络
合及电沉积等作用于一体O
在酸性条件下 将铁碳混合物投加到电解质溶
液中时 两者间会通过原电池效应发生如下的电极
反应1
阳极(Fe)1 Fe-2e! Fe2+, E! = -0.44 V (1)
阴极(C)1 2~++2e! 2[~]!~2, E!= 0V (2) 电极反应生成的产物具有较高的化学活性O 具
铁屑1采用机械加工厂生产中产生的铁屑9粒径 小于 1 mmO 用 10%碱液浸泡并小火加热 5 ~ l0 min 除油9 然后用 3%的稀盐酸浸泡 30 min 以去除表面 氧化物9最后用清水冲净待用O
碳:使用的是焦炭粉末9平均粒径 1 mm 左右O CODCr 的测定1重铬酸钾回流法O pH 值的测定1PHS-3CA 型酸度计测定O 1.3 实验方法 取 1 000 mL 水样置于烧杯中9 用 HCi 调节 pH 值后加入铁屑和活性炭的混合物约 200 gO 反应一定 时间后9将铁碳与水分离O 然后向反应过的水中加入 Ca(OH)29调 pH 值 到 89絮 凝 体 沉 淀 30 min9取 上 清 液测 CODCr 值O
! 结论
对此化工废水的处理, 采用铁炭微电解法进行 预处理能够达到满意的效果,试验结果表明1
1 铁炭微电解法对试验所用废水的处理十分 有效,在进水 p~ 值为 2 铁碳比为 1=2 反应时间为 2 h 的 反 应 条 件 下 ,CODCr 去 除 率 在 64% 以 上 O 且 CODCr 的去除率不随进水浓度的波动而变化O 此外, 处理后的废水可生化性大大提高, 为后续生物处理 工序创造了有利条件O
对废水的净化效果[3]O
此外 水中的溶解氧在电解过程中可能通过以
下的电极反应生成 ~2O 1
阴极1 ~+ + O2 + 2e ! ~2O2
(3)
生成的 ~2O2 可 同 水 中 的 Fe2+ 反 应 生 成 氧 化 能
力极强的羟基自由基~O~1
Fe2+ + ~2O2! Fe +~O~+O~-,
E = ! (O2/H2O)
3.1 进水 p~ 值的影响 为了找出进水的最佳 p~ 值 控制铁碳比 (体积
比)为1 I1 反 应 时 间 为 2 1O 进 水!(CODCl)为 3 600 mg~L-l p~ 值为 3.5 采用 ~CI 和 NaO~ 调节 p~ 值 后开始反应 比较在不同 p~ 值情况下 CODCl 的去除 率O p~ 值对 CODCl 的去除影响情况如图 1O
Abstract! The main composition of this wastewater is acetaidehyde, paraidehyde, metaidehyde, pyridine and some acetaidehyde poiymers. !(CODCr) vaiue of the wastewater is from 3 000 to 4 000 mg.L-l and BOD5/CODCr is oniy 0.05 ,which was treated by microeiectroiytic method. The resuits indicated that the optimized condition of ferric-carbon microeiectroiysis is pH=2, Fe/C=1I2, HRT=2 h. Under this condition1the removai rate of CODCr was above 64%. And the vaiue of BOD5/CODCr was above 0.45, the biodegradabiiity of the wastewater aiso got improved after pretreatment Key words! Chemicai wastewater% Ferric-carbon microeiectroiysis% pH vaiue% Fe/C% HRT% Biodegradabiiity
2 出水 p~ 值有明显的提高1进水 p~ 值为 2, 经铁碳微电解反应 1 h 后,出水 p~ 值能够达到 5 左 右,减轻了后续处理对 p~ 值要求的压力O
进水 $(CODCl) /(mg~L-l)
3 018
出水 $(CODCl) /(mg~L-l) 1 820 1 079 1 025 1 107
COD去 除 率 /% 39.6 64.2 66 63.3
3.3 反应时间的影响 当进水 !(CODCl)为 3 270 mg~L-l 铁碳比(体积)
1=2 时 调节进水 p~ 值为 2 后进行反应O 隔一定时间 取样 调 p~ 值混凝沉淀 30 minO 测上清液 CODCl 值 绘制 CODCl 去除率随反应时间的变化曲线如图 2O
变化对去除率影响不大0 而且1BOD5/CODCr 值在 0.45 以上1提高了可生化性0
关键词: 化工废水9 铁碳微电解9 pH 值9 铁碳比9 停留时间9 可生化性
中图分类号: X3
wenku.baidu.com文献标识码: A
文章编号: l004-8642"2006#05-0011-03
Treatment of Chemical Wastewater by Ferric-carbon Micro-electrolysis Method GAO Yan-iin$ ZHANG Yan-giu, XUE Fang-iiang
第 l9 卷 第 5 期 2006 年 10 月
江苏环境科技 J iangsu EnvirOnm entaI Science and T ecinOIOgy
VOI.19 NO.5 Oct.2006
铁碳微电解法处理某化工厂废水的研究
高彦林1 张雁秋1 薛方亮
(中国矿业大学环境与测绘学院1 江苏 徐州 221008)
显然, 在同样的反应条件下,4 组反应对 CODCr 去除率的效果大体是一致的, 也就是说进水浓度的 变化对反应几乎没有什么影响O 这与张春永等[5]的研 究结果是一致的O 3.5 可生化性
经铁碳微电解反应后,测得出水中的! BOD5 在 1 350 ~ 1 768 mg L-l之 间 ,BOD5 = CODCr 值 >0.45, 高于进行生化反应所需的最低值 0.3 ,可见废水的 可生化性明显提高O
摘 要! 某化工厂废水主要成份为乙醛\少量三聚乙醛\四聚乙醛\吡啶和一些乙醛聚合物0 经吸附塔处理后出水
!(CODCr)值在 3 000 ~ 4 000 mg.L-l 之间1BOD5/CODCr 只有 0.051采用铁碳微电解方法进行预处理0 实验结果表明1最
合适反应条件是进水 pH 值为 2\铁碳比 1I2\停留时间为 2 h1在此条件下 CODCr 去除率可达 64%以上1且进水浓度的
究生1研究方向 水污染控制.
废 水 先 经 吸 附 塔 处 理 9出 水! CODCr 值 稳 定 在 3 000 ~ 4 000 mg L-l之间9 略有刺鼻的水果香味9 水温 20 ~ 30 C9pH 值为 3 左右O 由于 BOD5ICODCr 只有 0.05,生化性很低9试验采用铁碳微电解法对废 水进行预处理O 试验用水采用吸附塔出水9以废水 中 CODCr 的去除率为考核标准9 对反应过程中的各 影响因素进行实验研究O 1.2 实验材料和分析方法