汽車(chē)電泳涂裝廢水處理方法

汽車(chē)涂裝工藝一般為: 脫脂→磷化→電泳→面漆。電泳廢水主要產(chǎn)生于工件電泳和面漆階段，廢水中含有電泳漆(如水溶性環(huán)氧樹(shù)脂、乙醇胺、乙氰酸脂、酚醛樹(shù)脂等) 、顏料(如碳黑、氧化鐵紅、鉛汞等) 、填料(如鈦白粉、滑石粉等) 、有機溶劑(如三乙醇胺、丁醇等) 以及少量的金屬離子，有機污染物含量大且成分復雜。

電泳廢水的處理工藝還是以生化處理為主體，但是由于該類(lèi)廢水中含有較多的有毒物質(zhì)，若無(wú)預處理將會(huì )對生化部分造成較大的沖擊。目前國內外對于電泳廢水的預處理主要有混凝、氣浮、電絮凝和反滲透等，而微電解技術(shù)則較少有應用，其中曾振國等曾嘗試將電泳廢水經(jīng)空氣攪拌和pH 調節后進(jìn)入微電解塔進(jìn)行曝氣處理，COD 和SS 的去除率分別達到33%和15%。

微電解技術(shù)可以實(shí)現大分子有機污染物的斷鏈，提高廢水的可生化性，普遍應用于印染廢水、制藥廢水和化工廢水等的預處理中。針對某汽車(chē)涂裝廢水使用常規工藝難以有效處理的問(wèn)題，實(shí)驗將涂裝工藝中的電泳廢水(酸性) 和脫脂廢水(堿性) 混合并采用鐵碳微電解預處理，使得預處理后的出水能達到生化處理要求，并研究鐵碳微電解對該類(lèi)廢水的COD 降解動(dòng)力學(xué)機理，為該類(lèi)廢水的物化和后續生化處理設計提供依據。

1 材料與方法

1．1 實(shí)驗材料

實(shí)驗水樣: 取自某汽車(chē)公司涂裝車(chē)間，水質(zhì)見(jiàn)表1。

 實(shí)驗鐵碳: 粒徑為1 cm×3 cm，橢圓狀，有效成分(鐵碳+ 多金屬合金)＞99%; 比重1．0 t/m3 ; 比表面積1．2 m3/g; 孔隙率65%; 物理強度≥1 000kg/cm2 (濰坊市龍安泰環(huán)�？萍加邢薰�司) 。

實(shí)驗裝置: 小型曝氣裝置; 1 L 反應器。

1．2 實(shí)驗方法

pH 調節: 取1 L燒杯，于燒杯中交替加入酸性電泳廢水和堿性脫脂廢水，記錄2 種廢水的體積比，采用臺式酸度計(pH-25，上海盛磁儀器有限公司)調節至所需的pH。

微電解反應: 實(shí)驗于1 L反應器中加入1 kg的鐵碳填料，反應器底部放置一曝氣頭，將廢水調至所需要的pH 然后進(jìn)水至淹沒(méi)鐵碳填料(約進(jìn)水600mL)，打開(kāi)曝氣設備進(jìn)行曝氣，水面表現為沸騰即可。

在不同的進(jìn)水pH(2，3，4) 和鐵碳微電解后不同的時(shí)間(0，30，60，90，120，150，180，210 和240min) 進(jìn)行取樣測定廢水中COD 的含量，并計算去除率。

1．3 分析方法

COD 采用重鉻酸鉀法，按以下式子計算COD的濃度和COD 的去除率:

 式中: V0為為空白，蒸餾水滴定所消耗的硫酸亞鐵銨的體積，mL; V 為水樣滴定所消耗的硫酸亞鐵銨的體積，mL; c 為硫酸亞鐵銨的濃度，mol/L; C0為水樣初始的COD 濃度，mg/L; Ct為鐵碳反應一段時(shí)間后的COD 濃度，mg/L。

1．4 動(dòng)力學(xué)分析

化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應級數方程為:

 式中: C0為水樣初始的COD 濃度，mg/L; Ct為鐵碳反應一段時(shí)間后的COD 濃度，mg/L; t 為鐵碳微電解的反應時(shí)間，min; k 為污染物去除速率常數。

2 結果與分析

2．1 鐵碳微電解法影響因素分析

2．1．1 鐵碳微電解法正交實(shí)驗

一些關(guān)于鐵碳微電解的研究表明，影響其處理效果的因素主要有進(jìn)水pH、固液比、鐵碳比、溫度、反應時(shí)間及反應次數。

實(shí)驗所采用的鐵碳填料是經(jīng)特殊處理后的鐵粉和碳粉融合材料，避免了鐵粉和碳粉分開(kāi)使用所導致的板結、鈍化等問(wèn)題，因此實(shí)驗排除鐵碳比和固液比的影響�？紤]到實(shí)際工程應用，實(shí)驗選擇常溫進(jìn)行(20～25℃)，進(jìn)水pH 要求為4 以下。

實(shí)驗選取了進(jìn)水pH、反應時(shí)間和反應次數為變量，設計L9(33 ) 的正交實(shí)驗(見(jiàn)表2)，實(shí)驗結果見(jiàn)表3。

 根據極差分析可知，ＲC＞ＲB＞ＲA，影響COD 去除率的因素依次為C＞B＞A，即鐵碳反應次數影響最大，其次是鐵碳反應時(shí)間，原水pH 影響因素最小，其中pH 是指酸性2～4 的范圍，這與眾多關(guān)于鐵碳微電解的研究是相符的。在9 個(gè)實(shí)驗中，6 號實(shí)驗的效果最好，最佳組合因素為A2B3C1，即進(jìn)水pH 為3，鐵碳反應時(shí)間150 min，鐵碳第1 次反應，在此條件下，COD 的去除率可達60%。

2．1．2 單因素實(shí)驗

依次作pH、反應時(shí)間和反應次數的單因素實(shí)驗，結果如圖1 所示。其中pH 單因素實(shí)驗控制條件為初次反應90 min，反應時(shí)間單因素實(shí)驗控制條件為初次反應進(jìn)水pH 為3，反應次數單因素實(shí)驗控制條件為進(jìn)水pH 為3，且反應時(shí)間為150 min。

 可以看出，COD 的去除率隨進(jìn)水pH 的升高而降低，隨反應時(shí)間增加出現一個(gè)最佳點(diǎn)，隨反應次數增加而降低。

2．2 鐵碳微電處理汽車(chē)電泳涂裝廢水的效果分析

電泳廢水pH 為2～3，進(jìn)水pH 過(guò)低時(shí)會(huì )導致鐵碳消耗量增大，處理效果高但不經(jīng)濟，結合實(shí)際選擇進(jìn)水pH 為3，作鐵碳微電解處理效果變化趨勢圖，見(jiàn)圖2。

 COD 降解率隨鐵碳反應時(shí)間的增加而升高，隨反應次數的增加而降低。首次反應的鐵碳往往處理效率極高，但隨著(zhù)反應次數的增加會(huì )逐步降低，實(shí)驗過(guò)程中鐵碳填料在反應容器中的下降現象表明了這與鐵碳填料中鐵的消耗量有關(guān)。然而經(jīng)過(guò)多次反應后，鐵碳微電解反應仍能保持一定的處理效果并趨于穩定。

鐵碳微電解處理汽車(chē)電泳廢水，鐵碳反應時(shí)間90～150 min，COD 去除率比較穩定，且隨反應時(shí)間增加略有上升，COD 去除率為40% 左右，鐵碳微電解預處理后出水COD 濃度為1 200mg/L 左右。

鐵碳對該類(lèi)廢水的COD 降解存在一個(gè)最佳反應時(shí)間，在這之前降解率與反應時(shí)間正相關(guān)，之后表現為不明顯下降。這與鐵碳填料中碳的吸附有關(guān)，在鐵碳反應的初始階段，酸性條件會(huì )導致鐵的大量消耗，而碳會(huì )在此期間進(jìn)行大量的污染物吸附，該階段主要以吸附為主，尚未形成鐵碳原電池，處理效果相對較低。隨著(zhù)反應時(shí)間的增加，碳的吸附量飽和后與鐵形成原電池，處理效率明顯，出現一個(gè)最佳的反應時(shí)間點(diǎn)。

鐵碳微電解一般會(huì )與芬頓和混凝處理聯(lián)合使用，以進(jìn)一步去除廢水中的污染物質(zhì)。研究發(fā)現在鐵碳微電解處理效果最佳點(diǎn)停止微電解反應，投加適量的30% 的H2O2進(jìn)行曝氣，然后調至堿性環(huán)境(pH 為8～9) 進(jìn)行絮凝處理，COD 去除率會(huì )進(jìn)一步提高，見(jiàn)圖3。在微電解最佳反應點(diǎn)繼續進(jìn)行芬頓和絮凝處理，將會(huì )使得COD 去除率提高7% ～10%。出水COD 濃度可降低至1 000 mg/L 左右，滿(mǎn)足后續生化進(jìn)水要求，保證生化處理效率。

 2．3 鐵碳微電解對汽車(chē)涂裝廢水的COD 降解動(dòng)力學(xué)分析

分別按式(3) 中零級反應動(dòng)力學(xué)方程、一級反應動(dòng)力學(xué)方程、n 級反應動(dòng)力學(xué)方程左邊的式子計算出Ct，ln(C0/Ct)，1/Ct-1/C0，1/2 (1/Ct2-1/C02)，1/3(1/Ct3-1/C03)，結果如表4 所示。

 根據表4 中的數據，分別按零級、一級、二級、三級、四級反應動(dòng)力學(xué)方程式，以對時(shí)間t 作回歸分析，并計算線(xiàn)性相關(guān)系數，結果如表5 所示。

 由各反應級數的回歸分析可知，采用三級反應動(dòng)力學(xué)方程來(lái)擬合鐵碳微電解化學(xué)反應過(guò)程動(dòng)力學(xué)線(xiàn)性相關(guān)性最好，相關(guān)系數最高，因此可以推斷鐵碳微電解降解COD 的反應可能遵從三級化學(xué)反應動(dòng)力學(xué)。

三級反應動(dòng)力學(xué)方程式為 ，用origin 軟件對鐵碳微電解降解COD 的動(dòng)力學(xué)反應進(jìn)行模擬，采用三級動(dòng)力學(xué)衰減方程y= 進(jìn)行擬合，見(jiàn)圖4。

 鐵碳微電解反應過(guò)程經(jīng)三級衰減方程擬合后，所得到的COD 濃度與時(shí)間的關(guān)系方程式為Ct = ，擬合曲線(xiàn)的相關(guān)性Ｒ2 =0．9726，能較好體現鐵碳微電解降解汽車(chē)電泳涂裝廢水的表觀(guān)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結論

(1) 在進(jìn)水pH≤4 的時(shí)候，鐵碳微電解對汽車(chē)電泳涂裝廢水COD 的降解率影響因素依次為鐵碳的反應次數、鐵碳的反應時(shí)間、進(jìn)水pH。當進(jìn)水pH為3，鐵碳首次反應150 min，在此條件下，COD 的去除率可高達60%。

(2) 對于汽車(chē)電泳廢水來(lái)說(shuō)，鐵碳反應時(shí)間在90～150 min 之間時(shí)，COD 去除率穩定在40%左右。同時(shí)，在鐵碳微電解之后，使用芬頓或絮凝方法能進(jìn)一步提高COD 去除率。

(3) 采用鐵碳微電解處理汽車(chē)電泳涂裝廢水，其COD 的降解符合三級反應，反應方程為Ct = 。