鐵炭微電解工藝與氧化催化工藝相結(jié)合在工業(yè)廢水中的應(yīng)用
鐵炭微電解工藝是利用電化學(xué)作用、氧化還原作用和絮凝作用，該工藝無(wú)論是在試驗(yàn)研究還是實(shí)際應(yīng)用方面都已有幾十年的經(jīng)歷，而且在去除COD、色度等方面都取得了令人非常滿意的處理效果，COD的去除率在45%~70%，色度的去除率高達(dá)65%~90%。由于其具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，目前在電鍍廢水、石油化工廢水及制藥廢水處理過(guò)程中被廣泛研究及應(yīng)用，特別是石油化工廢水和電鍍廢水方面的應(yīng)用尤為廣泛，鐵炭微電解技術(shù)在制革及印染廢水中的研究也被廣泛關(guān)注。由于鐵炭工藝中的填料來(lái)源廣泛且價(jià)格低廉，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。早年間由于鐵炭床的板結(jié)作用隨著運(yùn)行時(shí)間的推移會(huì)有所加重，有時(shí)這種狀況的出現(xiàn)又是不可挽回的，以致浪費(fèi)了大量的鐵炭填料，但目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)研制的鐵炭流化床反應(yīng)器很好的解決了這一問(wèn)題。
臭氧氧化技術(shù)目前多作為深度處理（三級(jí)處理）技術(shù)應(yīng)用及作為消毒處理工藝應(yīng)用，沒(méi)有廣泛應(yīng)用的原因是臭氧發(fā)生器的耗能較大，而且公斤級(jí)別的臭氧發(fā)生器，特別是我國(guó)生產(chǎn)企業(yè)自行研制生產(chǎn)的該種設(shè)備，運(yùn)行效果還不是非常穩(wěn)定；完全的進(jìn)口設(shè)備又價(jià)格不菲，直接影響到了氧化催化技術(shù)工業(yè)化的推廣。伴隨著企業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新和研發(fā)，目前臭氧發(fā)生器制造技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，較為突出的就是公斤級(jí)的臭氧發(fā)生器，在運(yùn)行穩(wěn)定性和效率上都有了很大的提高。
鐵炭微電解工藝與臭氧氧化催化技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，開(kāi)啟了工業(yè)廢水的新天地，特別是對(duì)于廢水處理工程受到用地及投資限制的工礦企業(yè)更為適用。對(duì)于那些較難處理的工業(yè)廢水，特別是對(duì)于廢水呈現(xiàn)酸性，水體顏色又較重，較難生化處理的工業(yè)廢水，不僅工藝流程簡(jiǎn)單，占地面積少，而且運(yùn)行過(guò)程中不需投加各類藥劑，只是投加了價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛的工業(yè)酸及石灰作為調(diào)節(jié)劑及沉降劑，大大降低了系統(tǒng)運(yùn)行的成本，很好地解決了工業(yè)副產(chǎn)物及廢水處理所帶來(lái)的窘境。
鐵炭微電解與臭氧氧化催化技術(shù)的應(yīng)用流程如下：
原水—預(yù)處理—鐵炭反應(yīng)池—沉淀池—氧化催化池—出水可回用。
實(shí)驗(yàn)室所用水樣為牛仔漂洗廢水，水樣來(lái)源為“溫州某廠”，水質(zhì)情況：COD=2079，pH=5~6，生化性可忽略（根據(jù)廠家的介紹確定的），廢水經(jīng)過(guò)多家試驗(yàn)機(jī)構(gòu)測(cè)定，基本上不考慮生化處理的方式。試驗(yàn)小試共進(jìn)行了十組測(cè)定，取500ml原水，原水pH=5~6，首先投加10%的H2SO4調(diào)整pH =3~4，鐵炭按照Fe:C=2:1（質(zhì)量比），實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作：鐵屑經(jīng)過(guò)酸液浸泡，去除鐵粒表層的氧化層；碳粒經(jīng)過(guò)浸泡，使其表層的吸附達(dá)到平衡，盡可能減少外部影響因素。
經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的廢水直接進(jìn)入鐵炭反應(yīng)器，鐵炭反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置微孔曝氣頭，反應(yīng)器反應(yīng)時(shí)間為25min，同時(shí)進(jìn)行微孔曝氣。出水顏色基本去除，肉眼不見(jiàn)明顯顏色，水中含有少量懸浮性固體顆粒；經(jīng)過(guò)鐵炭反應(yīng)的出水中含有大量的鐵離子，投加氫氧化鈉，可見(jiàn)墨綠色沉淀，沉淀物見(jiàn)明顯絮狀，沉降效果明顯，沉淀速度較快。鐵炭反應(yīng)主要是利用的是原電池原理：
陽(yáng)極（Fe）：Fe–2e→Fe2+
E0（Fe2＋/Fe）= –0.44V
陰極（C）：2H+＋2e→H2
E0（H+＋/H2）= 0V
堿性條件（或者中性）：
O2＋H2O＋4e→4OH-
E0（O2/OH-）＝+0.4V
鐵炭反應(yīng)過(guò)程中所生成的具有高度氧化還原特性的物質(zhì)可與廢水中的有機(jī)污染物發(fā)生反應(yīng)，以達(dá)到破壞其結(jié)構(gòu)，凈化水體的作用；同時(shí)反應(yīng)所產(chǎn)生的鐵系化合物為良好的絮凝劑，可對(duì)廢水中的懸浮物及部分溶解性的有機(jī)物通過(guò)絮凝沉降的作用與水分離。鐵炭反應(yīng)后水體中還含有的大量鐵離子，主要為二價(jià)鐵離子（Fe2+）和三價(jià)鐵離子（Fe3+），在氧的作用下與堿液發(fā)生的反應(yīng)如下：
Fe2+＋OH-＋O2 →Fe（OH）3 ↓
Fe3+＋3OH-→Fe（OH）3 ↓
沉淀池的上清液進(jìn)行臭氧氧化催化處理，催化劑選用的是催化活性炭（炭載二氧化鈦，椰殼），臭氧的投放量為15g/t，反應(yīng)時(shí)間為60min。臭氧氧化催化反應(yīng)主要是在催化劑的作用下利用臭氧的強(qiáng)氧化性，將大分子物質(zhì)及較難處理的高分子物質(zhì)分解成小分子物質(zhì)，并進(jìn)一步氧化分解，再經(jīng)過(guò)碳的強(qiáng)吸附作用將其去除。氧化催化反應(yīng)中的碳是載體，既是催化劑的載體，又是吸附劑，所以經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用后，活性炭需要再生。氧化催化反應(yīng)則是一系類復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。由于臭氧的極不穩(wěn)定性，易分解，且輸送距離不能太長(zhǎng)，臭氧機(jī)房宜在氧化催化池邊設(shè)置。
實(shí)驗(yàn)室又做了另外五組重復(fù)試驗(yàn)，基本重復(fù)了上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。而且對(duì)于“鐵炭+氧化催化”技術(shù)在工業(yè)廢水中的應(yīng)用還做了處理高濃度有機(jī)廢水，處理造紙廢水和處理制革廢水的實(shí)驗(yàn)，效果都非常明顯，目前在山東的項(xiàng)目（印染廢水）正在調(diào)試中，溫州的項(xiàng)目正在籌建中。“鐵炭+氧化催化”技術(shù)不會(huì)因冬季溫度的變化而影響工藝的運(yùn)行，既節(jié)省了人力又節(jié)省了運(yùn)行的資金投入，操作簡(jiǎn)單，處理效果明顯；所處理廢水如果污染嚴(yán)重，在條件允許的情況下，還可與生化工藝連用，可以說(shuō)是前景廣闊。
此種工藝的缺點(diǎn)是鐵碳反應(yīng)后沉淀池內(nèi)的污泥量較大，富含鐵離子，如果僅為做一般的污泥處理會(huì)是一種資源的浪費(fèi)，所以如何有效利用鐵碳反應(yīng)所產(chǎn)生的污泥，有待進(jìn)一步研究。
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