【沥青废水】强化铁炭微电解预处理沥青废水的

[摘要]以沥青废水为处理对象,对采用超声、催化、掺杂的方式强化铁炭微电解进行研究,以期提高COD去除率。结果表明:单纯使用微电解技术,沥青废水的COD去除率为63%,使用超声、催化剂MnO2掺Cu、掺Al等手段对铁炭微电解进行强化后,废水的COD去除率分别为78.3%、76.5%、75.9%、82%,对比发现Fe—Al—C微电解是其中最为简单有效的强化铁炭微电解工艺，因此对Fe—Al—C微电解进行了反应动力学分析。

【关键词】铁炭微电解;沥青废水;青州谭福环保设备有限公司;

沥青废水属于难处理的高浓度有机废水，据统计，煤焦油沥青废水含有上万种有机化合物,目前可以鉴定出的仅有500余种,如苯类、酚类、喹啉类等,还含有其他稠环和含氧、含硫等杂环化合物。COD高达几千至几万mg/L。目前,国内外对于这种难处理的高浓度化工废水一般采用多种工艺组合处理，成本很高。在这些方法中铁炭微电解具有适用范围广、成本低廉、以废治废的特点，比较受关注。但其在处理成分复杂的有机废水时存在处理效率不高的问题，如何提高其处理效率是目前的一个研究热点。

强化微电解采取超声和掺杂MnO2、Cu、Al的方式，增加作用方式或提高微电池效率，目的通过协同作用或扩大电位差，以提高其对有机物分解能力或扩大有机物处理种类，使废水中的一些难分解有机物发生断链或开环作用等。笔者采用超声、Fe—Cu—C微电解、Fe—Al—C微电解及催化剂MnO2强化后，进行试验研究，以期提高微电解对沥青废水COD的去除率。

1材料与方法

1.1主要试验仪器和材料

试验仪器:5B一3F型COD快速消解仪(江苏盛奥环保有限公司)，PGS一3C型pH计(上海雷磁仪器厂)，KBS一150型数控超声波细胞粉碎机(上海百典仪器设备有限公司)。

试验材料:铁屑为机械加工废料，使用前先用5%NaOH浸泡30min，再用5%盐酸浸泡lh，然后再用蒸馏水冲洗至中性、烘干，密封保存留用。活性炭为上海国药集团产的颗粒活性炭，使用前用试验废水浸泡1h，使其吸附饱和。

试验水样来自常州某沥青厂，呈深黑色，浊度高、有刺激性气味。基本水质指表为 :pH=7.74，COD为4660mg/L，盐分浓度为0.062mol/L。

1.2测定方法

将经过预处理的铁炭按一定质量比混合均匀后置于自制反应器中,取废水200mL,调节废水pH后加入反应器中，于25°C的恒温振荡箱中反应一段时间后取上层清液进行分析。

COD的测定采用快速密闭催化消解法.笔者在经典重铬酸钾一硫酸消解体系加人助催化剂硫酸铝钾与钼酸铵,同时密闭消解过程是在加压条件下进行的,大大缩短了消解时间,消解液经滴定计算其COD。

2结果与讨论

2.1铁炭微电解试验

微电解处理废水试验的影响因素较多。笔者通过正交试验确定HRT、pH、m(Fe):m(C)、铁投加量对废水处理效果影响的大小,确定微电解单元的试验参数,结果如表l所示。

由表2可见，铁炭微电解处理沥青废水COD的影响因素主次顺序为pH>m(Fe):m(C)>HRT>铁投加量。确定试验参数为:铁投加量为2g、m(Fe)：m(C)=1：1、pH=4、HRT为60min。在此条件下，废水COD降为1724mg/L，去除率为63%。

2.2强化铁炭微电解试验

2.2.1超声强化微电解

超声降解废水COD机理主要是两方面:一是超声波的热解作用.二是超声波在分解水分子时产生·OH的强氧化作用。在超声强化微电解部分主要考察单独微电解1h、单独超声1h、先超声1h再微电解1h、先微电解1h再超声1h以及微电解超声联用1h五个方案。结果表明:在超声与微电解同时进行时,废水COD的去除率为78.3%,相比于单独的铁炭微电解提高了15.3%,超声微电解同时反应的处理效果大于单独超声与单独微电解处理效果简单的相加,具有一定的协同作用,主要是因为超声的过程中由于超声的空化效应产生的微射流和冲击波能够起到一定的搅拌作用,增加铁炭接触面积，减少铁炭的板结，从而加快了原电池的快速反应。

2.2.2外加药剂强化微电解

(1)催化剂强化微电解。MnO2的加入一方面降低反应活化能,提高废水中氧化还原能力,另一方面MnO2具有一定的吸附作用,可吸附水中有机物,为铁炭微电解氧化有机物提供了反应载体。以MnO2为催化剂,考察MnO2投加量对铁炭微电解处理废水效果的影响,结果如图1所示。

由图1可见,当MnO2投加量为0.25g时。废水COD去除率为76.5%.相比于单独铁炭微电解提高了13.5%。

(2)三元微电解。对于不同成分的废水,微电解的电极反应会有很大差别。废水的处理效果与微电解阴、阳极的反应息息相关。因此，阴、阳极材料的正确选择及其在废水中溶解速度的加快，是提高微电解处理效果的关键。通过向Fe—C微电解体系中投加Cu和Al构建三元微电解体系来提高微电解处理效果，不同质量组合的三元微电解对废水COD处理效果的影响如表3所示。

由表3可见，当向铁炭微电解体系投加金属铜构成三元微电解体系时,Fe—Cu构成新的微电池,增加了电位差,提高了氧化还原能力。但是过少或过多的铜投加量都会影响处理效果。铜投加过多会导致Fe的表面被铜所包裹，减少阳极Fe与废水的接触。因此当Fe—Cu—C中Fe、Cu、C质量分别为2、1、1g时有最佳处理效果,COD去除率为75.9%，相比单独铁炭微电解提高了12.9%。

当向铁炭微电解体系投加金属铝构成三元微电解体系时，由于铝比铁能够提供更强大的电子转移驱动力，加快了废水中电子转移。使得Fe—Al—C的处理效果大于Fe—C微电解,当Fe—Al—C中Fe、Al、C质量分别为0.5、1.5、2g时,废水COD去除率提高至82%.处理效果提高了19%。

3、Fe—Al一C微电解动力学分析

由于Fe—Al—C微电解同时具有内电解作用和活性炭的吸附作用，因此将经过预处理的Fe—Al—C中Fe、Al、C质量分别为0.5、1.5、2g的混合物和2g活性炭分别加入微电解反应器中，倒入200mL调好的pH=4沥青废水，分别在不同反应时间取上层清液进行COD测定，结果如表4所示。

相比于铁炭微电解而言，铝的加入并没有改变微电解的一级动力学反应，而是表观速率常数后有所增加,从而导致处理效果有所提高。

4、结论

(1)铁炭微电解试验条件:铁投加量2g、m(Fe):m(C)=1:1、pH=4、HRT为60min,在此条件下,COD去除率为63%.沥青废水COD从4660mg/L降低至1700mg/L。

(2)超声能强化微电解处理效果,主要由于超声的热解和空化作用。超声与微电解同时反应,废水COD去除率为78.3%.相比于单独铁炭微电解.COD去除率提高了15.3%。

(3)外加铜和铝可以强化微电解的处理效果,铜的加入增加了微电池的电位差，铝的加入增强了电子转移驱动力。加快了废水中有机物的降解。在Fe—Cu—C的质量分别为2、1、1g时,废水COD的去除率为75.9%，相比于单独铁炭微电解提高了12.9%。在Fe—Al—C中Fe、Al、C的质量分别为0.5、1.5、2g时,废水COD的去除率为82%,相比于单独铁炭微电解提高了19%。

(4)、外加催化剂MnO2可以强化微电解处理效果,主要是由于MnO2降低了反应活化能,同时为微电解提供反应场所。当MnO2投加量为2.5g/L时,废水COD去除率为76.5%.相比于单独铁炭微电解提高了13.5%

(5)Fe—Al—C微电解降低废水COD主要分为自身的内电解作用和活性炭的吸附作用，存在这样的关系:(C0一Ci)总=(C0-Ci)内+0.481(C0—Ci)吸,由b=0.481<1可知，Al—C内电解对活性炭的物理吸附有明显的抑制作用，而活性炭吸附对Al—C内电解有促进作用,Al—C内电解作用符合一级动力学关系,动力学方程为:ln(C0一Ci)内=0.0164t+7.0119,相比于Fe—C内电解,反应速率常数稍有增加。