【上海水處理設備網www.esdzu.com】摘要：對微電解、H2O2氧化機理研究的基礎上,對涂裝油漆廢水提出利用微電解化學氧化法處理的方案,通過實驗確定出最佳的微電解反應條件及氧化條件。實驗結果標明,該方法可使原水的ρ(CODcr從4000mg/L降至100mg/L,廢水的CODcr去除率>95%,出水達到排放規范。本研究對微電解方案存在問題進行了分析,并提出局部解決措施。

涂裝是鋼桶制造過程中發生廢水排放量最多的環節之一。該廢水主要是來自于生產過程中的清洗水、噴漆室廢水,通稱油漆廢水。該類油漆廢水含除油(脫脂)劑、除銹劑、磷化劑等,主要的污染物質是CODcrBOD5石油類、酸、堿、總磷、Cr6+Pb2+Zn2+等,其生物降解性能差,如果直接排放,將對水環境發生嚴重影響。本研究針對該類油漆廢水進行研究,提出用微電解-化學氧化法對此種水進行處理,使其達到國家規定的排放規范。

1工藝研究

1.1基本原理

微電解是低電位的Fe與高電位的C廢水中組成數目眾多的原電池,鐵作為陽極被腐蝕,炭作為陰極。這些微小原電池形成電位差,發生電極反應和由此引發的一系列反應,從而使廢水中的有機物和無機污染物從廢水中得到處置。主要的作用有電場作用,Fe還原作用,新生態[H]氧化作用,過濾、吸附作用,絡合混凝作用等。

化學氧化主要是化學氧化劑的作用下,使廢水中的有機物進一步降解為穩定的對自然環境影響小的無機鹽類。針對廢水經微電解反應器處置后,廢水中含有一定量的Fe2+Fe3+,可以催化氧化劑H2O2,釋放氧化還原電位比較高的OH自由基。OH自由基和H2O2兩種氧化劑的共同作用下,使廢水中的有機物得到降解。

1.2主要儀器與藥品

實驗儀器：HJ-6A 型數顯恒溫攪拌器、pH儀、WGZ-200濁度儀等。

實驗藥品：鑄鐵屑、活性炭、30%H2O2溶液、PA M等。

1.3裝置及工藝流程

本實驗裝置采用內徑為Φ90mm,長為1m圓柱形有機玻璃微電解反應柱。柱內裝填由經活化的鐵屑和活性炭組成的微電解填料。經微電解反應柱處理后的出水, 純水設備保養再進一步進行氧化處置,最后加堿調pH值為88.5,使其生成沉淀,以除去水中的Fe2+Fe3+,降低水樣的CODcr和色度。實驗采用的整體工藝流程如圖1所示。

2實驗結果與討論

2.1微電解實驗

查閱文獻及初步實驗的基礎上,本研究選取微電解填料Fe/C體積分數比為1∶1為了確定最佳工藝條件,本研究對影響處置效果最大的進水pH值和反應時間進行了實驗。

2.1.1進水pH值的確定

取一定體積的微電解填料,將一定量的涂裝油漆廢水調節到不同pH值條件下,分別進行微電解試驗,其結果如圖2所示。由圖可知,pH值為2.53.5時,CODcr去除率達85%以上。pH值大于3.5時,處置效果變差。分析原因,可能是當pH值較高時,鐵屑被鈍化,影響處置效果。因此,活性炭微電解法處置裝涂油漆廢水時,進水的pH值應調節到2.53.5為最佳。

2.1.2最佳反應時間的確定

原廢水在微電解反應柱內的停留時間不同,其CODcr去除率也不相同。反應時間對CODcr去除率的影響見圖3由圖可見,隨反應時間的延長,CODcr去除率將不斷增加,但是增加到一定水平后,CODcr去除率將會下降。考慮到這一點和反應時間過長時,會造成鐵屑的過量消耗,減少微電解反應柱的壽命,增大污泥量,經濟實用性上不可行,所以確定最佳的反應時間為6070min

上述靜態實驗所確定的最佳實驗條件基礎上,進行動態微電解反應實驗。調節水流量,使其在柱內的停留時間為6070min,進水pH值為2.53.5,此時出水的CODcr質量濃度為323.8mg/L

2.2氧化試驗

廢水經微電解處置后再進行氧化試驗。取一定量的微電解,調節pH值,用HJ-6A 型數顯恒溫攪拌器將水樣加熱到50℃ ,依照每升廢水投加30%H2O24mL加入量投加H2O2反應完畢后,用氫氧化鈉溶液調節pH值為88.5,可加入少量的PA M,過濾后取濾液測其CODcr

為進一步確定氧化劑的投料方式,取一定量的水樣,溫度為50℃、pH值為5反應時間為20min條件下,H2O2采用多次投加法(一次、二次、三次和四次)進行實驗。純水設備保養多次投加時,每兩次間隔5min實驗結果顯示,一次投加CODcr去除率為54.10%,分兩次投加總的CODcr去除率為55.10%,分三次投加總的CODcr去除率達到59.03%,分四次投加CODcr去除率達到60.91%由此可見,多次投加處置效果優于一次投加。一次投加時,發生大量的氣泡,而分批投加時,呈現的氣泡較少。這是因為一次性投加H2O2,H2O2不能完全氧化水樣中的有機物,局部以氣體形式溢出,而分批投加則可避免H2O2損失,提高它利用率。

2.3微電解-化學氧化實驗

已確定的最佳實驗條件下,取一定量的原廢水進行微電解-化學氧化穩定性實驗,兩次測定相隔24h,實驗結果見表1

3結論與討論

3.1結 論

1利用活性炭/鐵屑微電解法處置電泳廢水時,最佳的運行參數為:活性炭/鐵屑的體積分數比為1∶1,進水pH為2.53.5;反應時間為6070min;出水的pH值控制在5左右。

2利用雙氧水氧化微電解出水時,最佳的運行參數為:30%H2O2溶液的投加量每升廢水4mL,氧化溫度為50℃ ,pH值為5,反應時間為20min,投加H2O2采用多次投加法,CODcr去除率達60%以上。

3利用微電解-化學氧化處置裝涂油漆廢水效果較好,總COD去除率可達95%以上。并且實驗標明,處置穩定性較好,出水效果沒有大的動搖,CODcr去除效果也很好,已遠遠低于該類的三級排放規范(ρ(CODcr<500mg/L,此法適用于少量高濃度的有機廢水。

3.2存在問題及改進措施

目前,微電解法工藝的反應器是直立不動的激進微電解反應柱, 純水設備保養雖然該技術已投入工業化,但許多試驗證明,該反應器還存在著如下問題:

1填料結塊。微電解反應柱中最常用的填料為鋼鐵屑和鑄鐵屑,由于生成FeOH2FeOH3等難溶物質,從而導致填料板結現象,出現溝流等問題,影響處置效果。

2填料更換。微電解反應器中,鐵屑不時被消耗。當鐵屑減少到一定水平后,將影響內電解的處置效果,因此必需補充鐵屑。如果向反應器中直接投加鐵屑,鐵屑和炭粒不能充分混合,將影響微電解的處置效果。如果將填料全部清出,重新裝入混合好的新填料,這一過程不但工作量非常大,同時又需要較大的場地,實施困難。

3反應器堵塞。隨著微電解反應柱運行時間的增長,填料中會聚集越來越多的懸浮物,加上金屬氫氧化物的濃集,容易將填料孔隙堵塞,影響出水的處置效果,故需定期反沖。由于鐵屑密度較大,需要非常大的沖洗強度,因而工程應用中必需配套較大的設備,增加了投資。

鑒于微電解法處置工業污水有以上的這些缺點,本次研究中,對工藝進行了改進(圖4

把直立的微電解反應柱改為水平臥式的微電解反應柱,并加葉輪機使之勻速轉動,同時微電解反應柱內留有一定比例的空間,使填料能夠在反應柱里翻滾,這樣可以防止填料的堵塞和結塊;由于該工藝只消耗鐵屑,炭不消耗,微電解反應柱壁上按比例開有一定數目的孔,便于定期增加鐵屑料,增加填料時,打開各孔;運行時,封上各孔,這樣就可以防止更換填料的麻煩。

此外,還可將微電解反應器設計為機械攪動式,這樣既可以破壞鐵屑外表的惰性層,又可防止沉淀堵塞。而且強烈的攪動加快了反應速度,可以加速發生Fe2+,利于后續工藝混凝沉淀。

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