铁碳微电解法预处理糠醛废水的影响因素

铁碳微电解法预处理糠醛废水的影响因素
唐晓剑，冯淑霞，康春莉，郭晓静
（吉林大学环境与资源学院，长春130012）

　　摘要：采用铁碳微电解法处理糠醛废水，并考察了进水pH值、反应时间、铁屑类型等因素对微电解处理效果的影响。结果表明，在不改变原水pH值，铁碳体积比1:4，铁为铸铁屑，反应时间为30 min，曝气的实验条件下，废水CODc，的去除率可达75%，BOD5/CODCr由原水的0. 38增大为0.6，废水的可生化性显著提高。
　　关键词：糠醛废水；铁碳微电解：反应时间；曝气；去除率
　　中图分类号：X132    文献标识码：A    文章编号：1671-5489( 2009) 01-0154-04

　　糠醛是一种重要的杂环类有机化合物，作为有机化工溶剂和生产原料，广泛应用于石油化工、有机合成、医药农药和染料香料等领域，糠醛废水成分复杂，水质酸性较强、有机污染负荷高，是目前工业废水处理中的难题之一。目前，国内主要采用生化法和物理化学法处理糠醛废水，但这些方法工艺复杂、投资费用高。

　　微电解技术又称为内电解、铁还原、铁碳法、零价铁法等，是一项被广泛研究与应用的废水处理技术。铁碳微电解法就是利用金属的电化学腐蚀原理对废永进行处理，当将铁屑和碳颗粒浸没在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池，其中电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，其反应过程如下：

阳极( Fe):Fe - 2e---> Fe2+,  Ee= - 0.44 V    (l)
阴极(C)：2H++ 2e--->2H--->H2，  Ee =OV    (2)

　　水中溶解氧在电解过程中可能通过以下的电极反应生成H2O2：

阴极：2H++02+2e--->H2O2   (3)

　　生成的H2O2可与水中的Fe2+反应生成氧化能力极强的羟基白由基．OH:

Fe2++ H2O2--->Fe3++. OH+OH-(4)

　　目前，生化法是处理有机废水各种方法中最经济有效的方法，但糠醛废水如果直接采用生化处理存在着需调节pH值、有机负荷过高以及废水中某些难降解成分不能得到降解等缺点，而铁碳微电解法具有适用范围广、投资费用低、占地面积少、操作简易等优点，广泛应用于染料、制药、电镀、农药、石油化工等行业废水的处理中。本文采用铁碳微电解法处理糠醛废水，考察了初始pH值、反应时间、曝气等相关因素的影响，并确定了最佳实验条件。

　　1  实  验

　　1.1仪器与试剂

　　高效液相色谱（美国Waters公司），TOC-Vcph岛津总有机碳分析仪（日本岛津制造所），pHS-3C型数字酸度计（杭州东星仪器设备厂）。

　　 (NH4)2Fe(S04)2.6H10，HgS04，Ag2S04，邻菲罗啉，FeS04，活性碳，铁粉均为分析纯；H2S04，K2Cr207，均为化学纯；所用水为自制一次水，本实验所用糠醛废水CODCr为21 957 mg/L。pH值为1.5，BODs为8 343.7 mg/L。

　　1.2方法

　　固定糠醛废水和填料体积比为2:1，将铁屑和活性碳混匀置人500 mL烧杯中，加入待处理的糠醛废水100 mL.以鼓泡的方式向反应器底部通人空气，流量为0.4 L/min，反应一段时间后，静置过滤，取一定量的滤液测其CODcr。

　　微电解法处理废水的效率采用废水CODCr的去除率（h）衡量：

h=(CODCr0 - CODCrt)/CODC10×100%

　　式中，h为该反应废水CODCr的去除率，CODC10为糠醛废水初始CODCr值，CODcr为反应 t  时间后废水的CODCr值。

　　2  结果与讨论

　　2.1铁碳投加量的影响

　　随着铁碳体积比的增大，废水CODCr的去除率逐渐增大，当铁碳体积比为1:4时，废水CODCr的去除率达到最大，之后下降到42%并基本保持不变，由铁碳微电解反应原理可知，Fe用量的增加有利于Fe2+的生成，使.   OH数量增加；但当Fe的用量过高时，Fe2+的生成速率过快，使溶液中瞬间积存大量的Fe2+，这部分Fe2+又可能与。OH发生反应：

Fe2++. OH--->Fe3++ OH-(5)

淌耗.OH，从而使CODc，的去除率下降。

　　2.2进水pH值的影响

　　溶液的pH值对糠醛废水处理效果影响较大。在本实验条件下反应最佳pH值为1.5。即当糠醛废水初始pH值不变时，CODc，的去除率达到最高为67%。由铁屑微电解法原理可知，酸性条件有利于阴极反应的进行。因而，在处理糠醛废水时，无需调节废水的pH值。

　　2.3反应时间的影响

　　反应时间也是一个重要影响因素。反应时间越长，氧化还原等作用进行得越彻底。但反应时间过长，会使铁的消耗量增加，从而使溶出的Fe2+大量增加，并氧化成为Fe3+，造成色度增加等问题。所以选择适宜的反应时间对铁碳微电解处理效果具有重要影响。反应时间对废水处理效果的影响如图3所示，由试验得出，反应30 min时，CODCr去除率达到最高为67%，随后废水CODCr降低。这是因为反应初始时，废水中的H+浓度很高，反应进行得很剧烈，大量的铁屑参与反应，生成大量的原子态氢以及各种活性基团，这些活性基团与废水中的有机物发生氧化还原反应，使废水CODCr降低，所以反应时间并非越长越好，本实验选取反应时间为30 min。

　　2.4铁屑类型的影响　　

  使用不同类型的铁时，废水处理效果也不同，本实验采用了3种不同类型的铁，结果表明，铸铁屑效果最佳（CODCr去除率为67%），铁刨花次之（CODCr去除率为54. 6%），细铁粉最差（CODc，去除率为41. 8%）。这是因为当铸铁屑做原电池阳极时，除了铸铁屑和活性碳构成的原电池外，铸铁屑本身也含有一定量的碳，从而增加了铁碳原电池的数量，强化了原电池效应，增强了对废水的处理效果，本实验选取铸铁屑为微电解阳极填料。 　　　　　　

　　2.5曝气的影响

　　为了考察曝气对铁碳微电解的影响，分别采用曝气和未曝气两种反应方式进行铁碳微电解处理。当初始pH值为1.5，反应时间为30 min，铁碳体积比为1:4时，曝气微电解和未曝气微电解对CODCr的去除率分别是75%和67%，曝气微电解的处理敷果优于未曝气微电解的处理效果，这是因为曝气提供了较多氧气，有利于氧化反应的进行，同时曝气也增加了对铁屑的搅动，减少了铁屑结块的可能性。

　　因此，最佳的实验条件为：不改变原水pH值(pH=1.5)，糠醛废水和填料的体积比为2：1，铁碳体积比为1:4，铁为铸铁屑，反应时间为30 min，曝气。

　　2.6铁碳填料的重复利用和再生

　　随着铁碳填料使用次数的增加，处理效率明显下降，表现为废水CODc，去除率逐渐降低，这主要是因为反应一段时间后，铁表面附着一层氧化膜，同时反应生成的絮状沉淀也附在铁碳填料表面，这些都会阻碍原电池反应的发生，将用后的填料用质量分数为l%的稀硫酸浸泡15 min后，用自来水冲洗至中性，可使填料再生，再生后首次使用时CODc，去除率为34.5%，再生效率为50%。

　　综上所述，本文采用铁碳微电解法处理CODCr为21 957 mg/L，pH值为1.5，BODs为8 343.7 mg/L的糠醛废水，结果表明，当糠醛废水和填料的体积比为2:1，不改变原水pH值(pH=1.5)，铁碳体积比为1：4，铁为铸铁屑，反应时间30 min，曝气的实验条件下，废水CODc，的去除率达到最佳为75%。处理后的废水CODc，为4 898.5 mg/L，pH值为5.5，BOD。为2 988.2 mg/L，BODs/CODc，由原水的0.38增大为0.6，废水的可生化性显著提高。