轉(zhuǎn)鼓鐵碳微電解法預(yù)處理液晶廢水

羅 曉，岳 琳，洪 綱，劉艷芳

（1. 河北科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050018；2. 石家莊市環(huán)境監(jiān)測中心，河北 石家莊 050011）

隨著信息產(chǎn)業(yè)和電子工業(yè)的快速發(fā)展，液晶顯示器被越來越廣泛地應(yīng)用于電視、電腦顯示器、移動電話、儀表等領(lǐng)域。由于市場對液晶材料的需求增大，我國新型液晶材料的研發(fā)不斷發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模也逐年擴(kuò)大。單體液晶采用化學(xué)合成方法生產(chǎn)，不同的單體液晶生產(chǎn)所用的原材料有所不同，產(chǎn)生的廢水中有機(jī)污染物濃度高、成分復(fù)雜、毒性大，且難以被微生物降解，因而處理的難度較大，目前多采用物化法與生化法組合的工藝進(jìn)行處理［1-3］。

鐵碳微電解法是一種基于原電池原理的廢水處理技術(shù)［4-8］。微電解處理廢水多采用固定填料床的塔式過濾裝置，但固定床易發(fā)生填料板結(jié)、堵塞，影響長期使用效果；而采用轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器不僅可以增強(qiáng)填料與廢水的傳質(zhì)，而且可以有效避免填料的板結(jié)現(xiàn)象［9-11］。

本工作采用轉(zhuǎn)鼓鐵碳微電解法對液晶廢水進(jìn)行預(yù)處理，優(yōu)化了工藝條件，并通過連續(xù)運行試驗考察了凈化效果。

1 實驗部分

1.1 材料與制備

廢水：河北省石家莊市某顯示材料廠生產(chǎn)單體液晶材料所排放的廢水，pH=1.8～2.3，COD=6 500～9 000 mg/L，BOD5=1 243～1 523 mg/L，主要污染物有甲苯、醇類、環(huán)烷烴類、石油醚、四氫呋喃以及2-甲基四氫呋喃等。

鐵碳微電解裝置填料：鑄鐵屑和活性炭的混合物。收集、篩選2～10 mm粒徑的車床加工廢棄的鑄鐵屑，用60 ℃、3%（w）的NaOH溶液浸泡30 min，清水漂洗，以去除鐵屑表面所吸附的機(jī)油；然后用1%（w）的HCl溶液浸泡10 min，清水漂洗，以去除鐵屑表面的氧化物并使其活化，烘干?；钚蕴肯扔?0目篩子去除易漂浮損失的細(xì)小顆粒，然后將其加入到一定量的廢水中，攪拌、浸泡，使活性炭達(dá)到吸附飽和后烘干。NaOH和HCl：分析純。

1.2 實驗裝置及方法

采用裝有微孔曝氣頭的500 mL量筒進(jìn)行確定最佳鐵碳比（m（鑄鐵屑）∶m（活性炭））的實驗。量筒中加入鐵屑與活性炭混合物作為填料，量筒底部放置微孔曝氣頭，曝氣2.5 h，靜置0.5 h，取上清液測定COD［12］。

轉(zhuǎn)鼓鐵碳微電解實驗的工藝流程見圖1。轉(zhuǎn)鼓鐵碳微電解反應(yīng)器按文獻(xiàn)［11］報道的方法制作，轉(zhuǎn)鼓由轉(zhuǎn)鼓軸、隔板和外層篩網(wǎng)組成，并設(shè)有方便填料裝卸和補(bǔ)充的構(gòu)件。鑄鐵屑與活性炭按一定比例混合后置于轉(zhuǎn)鼓被隔板分隔的若干個小室中。轉(zhuǎn)鼓軸以下約1/3的部分浸沒于水中。設(shè)備工作時，轉(zhuǎn)鼓以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。廢水由廢水貯槽經(jīng)進(jìn)水泵加入轉(zhuǎn)鼓鐵碳微電解反應(yīng)器，調(diào)控HRT；處理后出水溢流至氧化槽，在曝氣條件下進(jìn)一步反應(yīng)；氧化槽出水溢流至豎流式沉淀槽，沉淀分離懸浮雜質(zhì)后流出系統(tǒng)。

圖1 轉(zhuǎn)鼓鐵碳微電解實驗的工藝流程

2 結(jié)果與討論

2.1 鐵碳比對COD去除率的影響

向量筒中分別加入50 g不同鐵碳比的填料，再加入200 mL pH=2.0、COD=8 713 mg/L的廢水進(jìn)行預(yù)處理實驗。經(jīng)曝氣處理后，測定水樣COD，計算COD去除率。鐵碳比對COD去除率的影響見圖2。由圖2可見，當(dāng)鐵碳比為1∶1.5時，COD去除率最高，達(dá)47.6%。因此，選擇鐵碳比為1∶1.5較適宜。

圖2 鐵碳比對COD去除率的影響

2.2 廢水pH對COD去除率的影響

轉(zhuǎn)鼓鐵碳微電解實驗裝置的實驗條件為：鐵碳比1∶1.5，填料裝填率（填料體積與反應(yīng)器有效容積之比）1∶10，HRT=3 h，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速2 r/min，室溫（20 ℃左右）。用HCl或NaOH溶液將廢水pH分別調(diào)節(jié)至1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，分組進(jìn)行實驗。每組實驗在開啟進(jìn)水泵進(jìn)水處理3.0 h后取樣，測定水樣COD，計算COD去除率。廢水pH對出水COD及COD去除率的影響見圖3。由圖3可見：當(dāng)廢水pH=2.0時，COD的降幅最大，去除率達(dá)49.8%；此后，隨pH的增大，COD去除率下降。因此，選擇廢水pH=2.0較適宜。

圖3 廢水pH對出水COD及COD去除率的影響● 出水COD；■ COD去除率

2.3 HRT對COD去除率的影響

控制轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為2 r/min，在填料鐵碳比為1∶1.5、填料裝填率為1∶10、廢水pH=2.0的條件下，調(diào)控設(shè)備的HRT=1，2，3，4，5，6 h，分別取進(jìn)出水水樣，測定COD。

HRT對出水COD和COD去除率的影響見圖4。由圖4可見：出水COD隨HRT的增加而下降；在實驗設(shè)定的6 h內(nèi)，HRT越長，COD去除率越高。HRT=1 h時COD去除率達(dá)到32.2%，3 h時達(dá)到47.6%，6 h時達(dá)到50.0%；但HRT＞3 h后，COD去除率提高的幅度不明顯。從實際工程考慮，延長HRT會增大投資和工程占地，所以HRT應(yīng)控制在3 h為宜。

圖4 HRT對出水COD和COD去除率的影響● 出水COD；■ COD去除率

HRT對出水BOD5/COD的影響見圖5。由圖5可見，廢水經(jīng)轉(zhuǎn)鼓鐵碳微電解處理后，BOD5/COD隨HRT的延長而提高，處理前為0.181，3 h后提高到0.265，5 h后達(dá)到0.287。綜合考慮，選擇HRT=3 h較適宜。

圖5 HRT對出水BOD5/COD的影響

2.4 填料裝填率對COD去除率的影響

在轉(zhuǎn)鼓鐵碳微電解反應(yīng)器內(nèi)加入鐵碳比為1∶1.5的填料，在控制轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速2 r/min、HRT=3 h、廢水pH=2.0的條件下，填料裝填率對COD去除率的影響見圖6。由圖6可見：填料裝填率為1∶10時處理效果最好，COD去除率達(dá)到46.8%。這是由于：在轉(zhuǎn)鼓中填料裝填過多時，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動時填料不能實現(xiàn)充分?jǐn)嚢瑁瑫r傳質(zhì)也會受到一定影響；而填料裝填率低時微電解反應(yīng)物不足，反應(yīng)速率緩慢。因此，選擇填料裝填率為1∶10較適宜。

圖6 填料裝填率對COD去除率的影響

2.5 裝置連續(xù)運行的穩(wěn)定性

在上述實驗確定的最優(yōu)工藝條件下，進(jìn)行30 d的裝置連續(xù)運行試驗，以檢驗系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。裝置連續(xù)運行的試驗結(jié)果見圖7。由圖7可見，雖然進(jìn)水水質(zhì)有所變化，但轉(zhuǎn)鼓鐵碳微電解設(shè)備對廢水COD的去除率在30 d內(nèi)基本穩(wěn)定，保持在40.1%～43.2%之間，并呈緩慢下降趨勢。

圖7 裝置連續(xù)運行的試驗結(jié)果● 進(jìn)水COD；■ 出水COD；▲ COD去除率

試驗結(jié)束后將填料卸出并檢查、稱量，發(fā)現(xiàn)填料仍保持良好的分散狀態(tài)，無任何板結(jié)或團(tuán)聚現(xiàn)象。填料稱量結(jié)果顯示，30 d后鑄鐵屑的消耗量為0.32 kg，消耗率為6.4%。由此可見，在轉(zhuǎn)鼓鐵碳微電解反應(yīng)裝置運行過程中，需定期補(bǔ)充鑄鐵屑。

3 結(jié)論

a）轉(zhuǎn)鼓鐵碳微電解法預(yù)處理液晶廢水的優(yōu)化工藝條件為：鐵炭比1∶1.5，填料裝填率1∶10，廢水pH=2.0，HRT=3 h。

b）在上述條件下，保持轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速2 r/min，處理COD=6 500～9 000 mg/L的液晶廢水。廢水經(jīng)處理后，BOD5/COD由處理前的0.181提高到0.265；裝置連續(xù)運行30 d，COD去除率穩(wěn)定在40.1%～43.2%之間，且填料未出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象。

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