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【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(guī)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(fā)生廢水排放量最多的環(huán)節(jié)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(huán)境發(fā)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(guī)定的排放規(guī)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(fā)生電極反應和由此引發(fā)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(tài)[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(wěn)定的對自然環(huán)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(yǎng)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(jié)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(jié)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(tài)實驗所確定的最佳實驗條件基礎上,進行動態(tài)微電解反應實驗。調節(jié)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(jié)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(jié)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(yǎng)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(yōu)于一次投加。一次投加時,發(fā)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(wěn)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(wěn)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(guī)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(yǎng)雖然該技術已投入工業(yè)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(yè)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(fā)生Fe2+,利于后續(xù)工藝混凝沉淀。

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