工業(yè)廢水催化氧化新工藝

　　1、前言

　　染料及中間體種類(lèi)繁多，工藝復雜，由于副反應多，導致收率低，污染物排放量大。許多產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中要經(jīng)過(guò)對目標產(chǎn)物鹽析、過(guò)濾、洗滌等工序，相應產(chǎn)生大量的母液和洗滌廢水，這些廢水有的含酸，有的含鹽，有的含堿，或兼而有之，該廢水處理一直是化工生產(chǎn)中的難題。

　　三維電極電催化氧化法是一種采用三維電極法的廢水處理系統，三維電極/三元電極的概念是在60年代末期提出的。三維電極又叫粒子群電極或床電極，是在傳統二維電解槽電極間裝填金屬導體、鐵氧體、鍍上金屬的玻璃球或塑料球、石墨以及活性炭等作為新的第三極，在工作電極材料表面能發(fā)生電化學(xué)反應。氧化機理是電解過(guò)程中系統內可以產(chǎn)生大量的活性物質(zhì)(羥基自由基)，具有強氧化性，使得有機物污染物去除效果好，設置有酸洗系統，避免了電極結垢、系統運行穩定、出水水質(zhì)穩定，可以在不同電流密度下進(jìn)行操作。

　　本文主要是利用三維電極裝置針對本廠(chǎng)車(chē)間綜合廢水進(jìn)行處理，了解每個(gè)參數對三維電極電解法處理效果的影響。

　　2、實(shí)驗部分

　　2.1 實(shí)驗裝置

　　實(shí)驗裝置如圖1所示，是自主制作的三相三維電極電化學(xué)反應器。該裝置長(cháng)15cm、寬10cm、高22cm，外殼采用有機塑料板焊接而成，內部裝有正負電極，其中正電極3塊，負電極兩塊(極板板長(cháng)15cm、寬10cm)。填充粒子電極，外部鏈接高壓鼓風(fēng)機、直流穩壓電源等。

　　2.2 實(shí)驗方法

　　水樣預處理：2000mL水樣，調節pH值為6.5左右，PAM(聚丙烯酰胺)加入量為4mL，PAC(聚合氯化鋁)加入量分別為6mL，磁力攪拌器攪拌20min絮凝，靜置2h后取上清液為處理對象。

　　實(shí)驗所處理的廢水先經(jīng)過(guò)酸堿調節pH=4-5。在自制的三維電極反應器中，粒子電極填充率40%、主極板板間距3.5cm，加入廢水量為1000ml，開(kāi)啟風(fēng)機攪拌預吸附30min，關(guān)閉風(fēng)機，然后排凈反應器中的廢水，重新加入1000mL廢水，開(kāi)啟穩壓電源和風(fēng)機，調節外加電壓設置為10V，開(kāi)始進(jìn)行廢水處理，取樣頻率為30min/次，共處理4h，取樣離心分離后檢測COD、電導率、pH等指標。

　　3、結果及與分析

　　實(shí)驗廢水為水處理車(chē)間綜合廢水，其COD值≈8000-9000mg/L，pH﹤3.0，含鹽量(以氯化鈉質(zhì)量分數計)12%左右，BOD5/COD=0.08-0.15，可生化性極差。實(shí)驗中以不銹鋼為陽(yáng)極，按操作步驟進(jìn)行如下實(shí)驗。

　　3.1 電解廢水pH的影響

　　有研究表明，三維電極電解法偏酸性時(shí)效果最佳，本實(shí)驗即考察了不同酸性條件下處理效果的差異。實(shí)驗在室溫下進(jìn)行，進(jìn)水COD=8000-9000mg/L，電解停留時(shí)間為120min，外加電壓15V，對綜合廢水的pH的酸堿性范圍進(jìn)行調節。測定不同條件下COD和色度的去除率。實(shí)驗結果如下表。

　　由表1可以看出，隨著(zhù)pH值得變化，COD和色度去除率的變化趨勢相似，呈現先增后減的趨勢，且色度去除率高于COD去除率。當體系pH=4時(shí)，COD去除率達到峰值為92%，同時(shí)色度去除率為最大值98%。這是因為在不同的pH條件下，廢水中有機物有不同的存在形式，也會(huì )有不同的電化學(xué)行為。但由于酸度過(guò)高，消耗酸量過(guò)多胃.對設備的腐蝕亦大。從實(shí)驗結果可知選擇進(jìn)水pH值為3-4時(shí)，效果最佳。

　　3.2 電解停留時(shí)間的確定

　　在確定了其它工藝條件參數的情況下，即實(shí)驗進(jìn)水COD濃度8000-9000mg/L，pH值為4，外加電壓15V，對電解停留時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗。實(shí)驗結果如下表。

　　由表2可知，隨著(zhù)時(shí)間的增加，COD去除率及色度去除率不斷增大。在不同電解時(shí)間內，去除率增大的幅度不同。在電解過(guò)程的前60min內，COD去除率迅速增加，而后逐漸趨于平緩，這是因為在初始階段體系的有機物濃度高，擴散迅速，濃差極化影響不顯著(zhù)。而后60min內大部分的有機物被去除，有機物濃度越低，濃差極化影響越顯著(zhù)，單位時(shí)間內擴散到電極表面的物質(zhì)減少。電解大約120min后，COD、色度變化幅度不大，確定最適宜電解停留時(shí)間為110-120min。

　　3.3 電解電壓實(shí)驗

　　電解電壓大小取決于電解法對綜合廢水處理的有效性和經(jīng)濟性因素，電壓大小對電解影響很大。電壓太低，極板間電壓達不到水中有機物放電電壓，對廢水起不到處理作用;電壓太高，雖然超過(guò)有機物放電電壓，但浪費能耗，廢水處理成本上升。

　　在確定其它工藝參數情況下，實(shí)驗用水濃度為8000-9000mg/L，pH值為3.6，改變外加電壓分別為5、10、15、20V，在140min內進(jìn)行實(shí)驗。

　　當反應電壓在某一范圍內時(shí)，槽電壓與COD去除率呈線(xiàn)性關(guān)系，即隨著(zhù)電壓的增大，去除率增大;但電壓增大到某一極值后，COD去除率趨于穩定。當電壓為20V時(shí)，反應時(shí)間一COD去除率曲線(xiàn)幾乎與15V重合，增大電壓除導致能耗增大外，會(huì )促進(jìn)陽(yáng)極析氧及陰極析氫副反應，且陽(yáng)極腐蝕嚴重，而去除效果沒(méi)有明顯變化。優(yōu)化電壓選擇15V。

　　4、結語(yǔ)

　　實(shí)驗結果表明，COD去除率隨著(zhù)電壓的增加而升高，但電壓增大到一定值后，COD去除率趨于穩定，選擇10V為最佳槽電壓;隨著(zhù)時(shí)間的增加，COD去除率及色度去除率均不斷增大。在不同時(shí)間段內，去除率隨反應時(shí)間增加而增大的幅度不同，從去除率和經(jīng)濟的角度考慮，反應時(shí)間選120分鐘為宜，調節原水pH值為3-4最佳。通過(guò)該工藝處理該綜合廢水，COD去除率達到94%，效果極佳。(來(lái)源：河北建新化工股份有限公司)