工業(yè)廢水處理微電解技術(shù)

來(lái)源:建樹(shù)環(huán)保 2021-09-03 17:27:44 3231

  微電解作為一種低污染、低成本的高級氧化技術(shù)受到廣泛研究和應用,其原理是廢水作為電解質(zhì),鐵和炭為電極來(lái)發(fā)生氧化還原反應的,從而降解廢水中的污染物哟玷。其最早的雛形來(lái)源于RobertW.Gillham在地下水處理中提出的零價(jià)鐵理論,在美國和北歐地下水微污染修復中被廣泛研究并應用。我國于上世紀80年代引進(jìn)該技術(shù)并將研究領(lǐng)域從地下水修復擴展到工業(yè)廢水處理研究中,尤其是難直接生物降解有機廢水。

  1爱徒、微電解技術(shù)機理

  目前微電解去除廢水中污染物的理論主流觀(guān)點(diǎn)認為有原電池理論菲藏、氧化還原理論魏畜、吸附絮凝理論和微電場(chǎng)理論。

  1.1 原電池理論

  微電解過(guò)程中主要使用的鑄鐵(鐵碳合金)能在廢水中形成微電池(微觀(guān)電池),當體系中額外投加炭等宏觀(guān)陰極材料,則又形成宏觀(guān)電池。反應過(guò)程中出現各種腐蝕現象霎终,也形成了腐蝕電池。微電解電極反應陰極反應主要分為酸性(無(wú)氧)屈扎、酸性(有氧)和中性堿性這三種情況,詳情見(jiàn)反應方程式1-1计螺、1-2雀甜、1-3、1-4:

1.jpg

  在酸性(有氧)條件產(chǎn)生的電極電位差比酸性(無(wú)氧)條件產(chǎn)生的電極電位差高1.22V,曝氣可以增加原電池氧化能力;陽(yáng)極Fe不斷生成的Fe2+離子避免了陽(yáng)極鈍化,而且Fe2+離子具有一定氧化性盟挤,促進(jìn)了電化學(xué)腐蝕幌昂,提高了處理效果。

  1.2 氧化還原理論

  由方程式1-1擎符、1-3可知,酸性條件下產(chǎn)生Fe2+離子和原子H以及陽(yáng)極Fe0能改變廢水中某些污染物的性質(zhì)來(lái)提高廢水可生化性,例如硝基苯類(lèi)和偶氮有機物被還原產(chǎn)生胺基唯棠。Fe0是活潑金屬,可以有效還原含Cu2+壹事、Pb2+等屬廢水悔详,Fe2+離子能降低含Cr2O72-廢水的毒性,Fe0還可以還原硝酸鹽。

  1.3 氧化還原理論

  吸附絮凝理論可以分為兩種情況:電極使用的材料具有一定的吸附物質(zhì)能力和反應過(guò)程生產(chǎn)一些具有吸附能力的化學(xué)物質(zhì)。陽(yáng)極使用的材料一般為鑄鐵屑吹榴,具有多孔結構和比較大的比較面積物棱,其表面活性較強能吸附一些污染物質(zhì)。當額外投加活性炭作為陰極材料時(shí)务萧,活性炭也會(huì )吸附廢水中的污染物質(zhì)。

  為陰極材料時(shí)墨林,活性炭也會(huì )吸附廢水中的污染物質(zhì)。陽(yáng)極Fe在工作過(guò)程中產(chǎn)生Fe2+喊递,Fe2+在曝氣條件下可以生成Fe3+诲荆,將廢水溶液pH調至堿性可以產(chǎn)生具有高效絮凝能力的Fe(OH)2、Fe(OH)3刽巍,反應方程式見(jiàn)2-1鸿秆、2-2:

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  廢水中的膠體因電荷異性相吸而沉淀蜗顽,其余的懸浮物和不溶物質(zhì)通過(guò)吸附絮凝產(chǎn)生沉淀。

  1.4 微電場(chǎng)理論

  因微電解中Fe級(正極)和C級(負極)在工作過(guò)程中存在一定電位差,從而產(chǎn)生的電場(chǎng)渔茉。廢水中不溶性顆粒和極性物質(zhì)在電場(chǎng)作用下富集在電極附近卧断,形成大顆粒后沉淀妥秫,具有去除部分污染物的效果鼻蜓。

  2而驯、影響因素

  對于微電解的影響因素的研究目前主要關(guān)注廢水pH值、反應時(shí)間、鐵屑種類(lèi)及粒徑、鐵碳比参枯、曝氣量等。

  2.1 pH

  由反應方程式1-1和1-4可知廢水初始反應pH對于微電解具有顯著(zhù)的影響,酸性條件下產(chǎn)生的電極電位差比中性或堿性產(chǎn)生的高。雖然酸性越強反應越快义郑,但是生成的Fe2+過(guò)多會(huì )導致產(chǎn)生的污泥量增加,以及廢水溶液pH調整回中性時(shí)產(chǎn)生額外的堿消耗见剩,一般大多中試實(shí)驗以及工業(yè)應用選擇pH為3~7左右容空。

  李宏偉等利用微電解處理鉆井廢水時(shí)發(fā)現:pH<4時(shí),隨溶液pH值升高COD的去除率逐步升高晴灿。pH=1時(shí)COD去除率最低稻悴,pH>4時(shí)COD去除率變化幅度不大;顏兵等研究雙甘膦廢水降解研究中利用微電解技術(shù)墅镐,考察pH值對COD去除率影響焙樟,pH=3時(shí)COD去除率高達72%开呐,其余情況下COD去除率都有所降低硝枉。

  2.2 反應時(shí)間

  反應時(shí)間是影響微電解效果的一個(gè)重要因素,不同的廢水具有不同的最佳反應時(shí)間碱框,而且溶液初始pH值也影響反應時(shí)間辖嫁。

  張金良在研究微電解處理某精細化工廢水儒剧,該廢廢水特點(diǎn)水質(zhì)水量波動(dòng)大逻盅。控制廢水pH=3畦造、氣水比≈400的條件下肥照,反應時(shí)間達4h時(shí)COD去除率達最高為53%拜隧,此后延長(cháng)時(shí)間COD去除率沒(méi)有提升冬筒。代秀蘭研究微電解技術(shù)處理含鉻電鍍廢水衬鱼,實(shí)驗過(guò)程中發(fā)現Cr6+的去除率不受時(shí)間影響;而Ni2+的去除率受時(shí)間影響屎蜘,從20min到80minNi2+的去除率上升幅度比較大幕掐,80min后上升幅度減緩均芽,到120min時(shí)達到100%。

  2.3 鐵屑種類(lèi)和粒徑

  鐵屑的種類(lèi)決定了鐵屑中碳含量,鐵屑的粒徑影響鐵屑在反應過(guò)程中與廢水的接觸面積。鑄鐵屑比鐵刨花和鋼鐵屑處理效果好,但材料成本高琉柿,而鐵刨花和鋼鐵屑易得且屬于廢物再利用讳嘱。相同一種鐵屑活化后效果由于沒(méi)有活化的;鐵屑的粒徑理論上是越細越好除搭,因為越細鐵屑的比表面積越大路棍,反應效果越好,但粒徑太細不容易控制導致鐵屑隨水流出或直接在反應器內板結,一般選擇在60~80目之間。

  馬業(yè)英等在研究鐵屑、鑄鐵屑及磁性鑄鐵屑這三種鐵屑處理含鉻廢水,磁性鑄鐵屑效果最佳。陳水平研究鐵屑微電解技術(shù)處理船舶含油廢水時(shí)刚哼,鐵屑粒度(目)分為20~40、40~50菩收、60~80、>90梅谋,柴油基廢水油份去除率分別為65.1%神深、73.1%、92.1%舟道、93.2%,渣油基廢水油份去除率分別為57.2%树瞭、66.3%、90.1%沉馆、92.3%。從實(shí)驗數據來(lái)看粒度越大,油份去除率越高,但粒度在60~80和>90油份去除率相差不足3%卷邪,考慮處理效率,粒度在60~80目之間即可以取得良好的效果。

  2.4 鐵碳比

  加入的碳與鐵屑可以形成宏觀(guān)電池译红,加快了鐵屑的腐蝕速率且可以保持填料層一定的空隙率。碳的選型對于微電解處理效果也具有一定影響,鐵碳比(體積比)由實(shí)驗確定,一般為1︰1~2︰1。

  張榮全研究微電解技術(shù)處理霜脲氰廢水時(shí)考察了不同鐵碳比COD和CN-的去除率旷偿,具體鐵碳比為1︰10、1︰5擦酌、1︰3、1︰1汇泰、3︰1、5︰1、10︰1树社,COD和CN-的去除率都在鐵碳比為3︰1時(shí)達到最高赫赊。孫瑩瑩等研究微電解技術(shù)處理聚氯乙烯(PVC)離心母液,考察鐵碳比對COD和聚乙烯醇(PVA)去除率的影響,具體鐵碳比為1︰3、1︰2旱醉、1︰1.5、1︰1、1.5︰1衍翘、2︰1、3︰1扔亥,鐵碳比=3︰1時(shí)COD去除率最高,鐵碳比=1︰3囤锉、1︰1.5、2︰1時(shí)PVA去除率最高鹦倚。

  2.5 曝氣量

  由化學(xué)反應方程式1-2、1-4可知有O2參與笼花,微電解電位差很大,對于處理效果有很大影響及贿。曝氣可以增加鐵屑與彈力的接觸程度,避免出現板結現象杖桩。

  于璐璐等研究微電解處理含氰廢水時(shí)缺沿,考察了曝氣對COD的去除效果和Fe2+溶出量。曝氣量從0到300L/h盐文,當曝氣量=150L/h時(shí)Fe2+溶出濃度為最高達到3g/L,此時(shí)COD的去除率最高為61.6%书在。此后曝氣量增加,效果變差,曝氣產(chǎn)生的氣泡阻止了填料與污染物質(zhì)的接觸反應。楊玉峰應用微電解技術(shù)處理制藥廢水,控制其他實(shí)驗參數對比曝氣與不曝氣去除COD的效果,曝氣情況下COD去除率比不曝氣情況下COD去除率高13.6%,實(shí)驗說(shuō)明曝氣對微電解具有一定影響。

  3、技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

  微電解研究和應用至今體現出一些高級氧化技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),例如:材料易獲得且符合廢物再利用、設備造價(jià)成本低葫茅、應用廣泛且操作簡(jiǎn)單等;但也體現出一些需要改進(jìn)的現象,例如:長(cháng)時(shí)間運行容易出現板結現象、物化污泥量大等。

  4、工業(yè)應用

  4.1 電鍍廢水

  鄧小紅等在某電鍍廠(chǎng)改造過(guò)程中以微電解技術(shù)作為主體處理單元,控制進(jìn)水pH=3~4必搞,鑄鐵屑、活性炭、鵝卵石比例為3︰2︰1慈哗。調試運行穩定后Cr6+、Ni2+、COD和PO43-(以P計)的平均去除率分別為99.5%褪秀、95.8%、44.6%和99.2%。孫萍等利用鐵炭微電解處理電鍍混合廢水严望,控制進(jìn)水pH=2~3、曝氣量0.25~0.35m3/min、鑄鐵與炭質(zhì)量比為1:1和反應時(shí)間為25~30min,出水Cr6+、總銅、總鎳和總氰去除率分別為85%勤众、98.8%、99.6%和99.7%。

  4.2 印染廢水

  董歲明等采用微電解處理染料廢水亦歉,同時(shí)探討了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種模式的廢水pH、鐵碳投加量婿孟、反應時(shí)間對處理效果的影響,靜態(tài)模式中研究發(fā)現pH=4,鐵碳質(zhì)量濃度為450g/L判帮,反應時(shí)間90min,COD和色度去除率分別為77%和79%;動(dòng)態(tài)模式研究發(fā)現胧蹲,反應時(shí)間100min,鐵碳質(zhì)量濃度為700g/L,COD和色度去除率分別為89%和98.7%众新。Han等自制一種新型的內循環(huán)微電解反應器,他們通過(guò)對比傳統固定床微電解反應器與自制的內循環(huán)微電解反應器對染料廢水的處理效果,發(fā)現自制的內循環(huán)微電解反應器的COD和色度的去除率分別比傳統的高50%和58.5%。

  4.3 化工廢水

  楊家村利用鐵碳微電解與生化聯(lián)用技術(shù)處理高濃度醫藥廢水纪岁,采用上流反沖型式及強制機械攪拌來(lái)避免鐵碳填料板結和失活。經(jīng)過(guò)微電解處理廢水pH由1.5提升到4.5轴总,且廢水B/C得到提高,降低了后續生化負荷,實(shí)現出水達標。黃燕萍等采用鐵碳微電解+水解酸化/+MBR組合工藝對制藥廢水進(jìn)行預處理試驗,研究結果表明,反應初始廢水pH=4、鐵碳質(zhì)量比4︰5、鐵碳填料質(zhì)量濃度為400g/L过细、曝氣量為3L/min、反應時(shí)間為180min時(shí),微電解工藝的COD去除率達47.5%抛冗,廢水的可生化性由0.23提高至0.38,降低了后續水解酸化和MBR的負荷。

  5、展望

  微電解技術(shù)作為一種高效趟据、低成本的技術(shù)在工業(yè)廢水處理中得到廣泛應用,微電解在與生化技術(shù)聯(lián)用過(guò)程主要是提升廢水的可生化咱圆。反觀(guān)微電解在工業(yè)應用中暴露的問(wèn)題,應該解決鐵碳填料板結和失活的問(wèn)題,以及反應的pH值和產(chǎn)生得物化污泥枉证。

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