活性炭三維電極法處理成品油庫(kù)廢水

姚 猛，唐曉麗，張志遠(yuǎn)

（中國(guó)石化安全工程研究院，山東 青島 266071）

活性炭三維電極法處理成品油庫(kù)廢水

姚 猛，唐曉麗，張志遠(yuǎn)

（中國(guó)石化安全工程研究院，山東 青島 266071）

采用活性炭三維電極法對(duì)成品油庫(kù)廢水進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分別考察了電解時(shí)間、曝氣強(qiáng)度、進(jìn)水pH值和電解電壓對(duì)成品油庫(kù)廢水處理效果的影響，最終確定最佳處理效果的工藝條件為：電解時(shí)間為90 min，曝氣強(qiáng)度為15 L/min，進(jìn)水pH值為3，F(xiàn)e2+投加量為1.0 g/L，電解電壓為20 V。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，廢水中COD去除率可以達(dá)到82%以上。

三維電極；活性炭；成品油庫(kù)；廢水處理

成品油庫(kù)主要用來(lái)儲(chǔ)存汽油和柴油，成品油庫(kù)污水主要包括油罐切水、油罐清洗水、地沖洗水、受污染的初期雨水和卸、發(fā)油區(qū)沖洗水等，具有排水不連續(xù)和水量、水質(zhì)波動(dòng)大等特點(diǎn)。因?yàn)槌善酚蛶?kù)具有上述特點(diǎn)，加之石化企業(yè)成品油庫(kù)往往不配備專(zhuān)業(yè)污水處理工人，所以傳統(tǒng)的生物處理法無(wú)法應(yīng)用于成品油庫(kù)廢水處理。目前，成品油庫(kù)污水主要采用隔油—?dú)飧　に囘M(jìn)行處理[1]。

三維電極法是在傳統(tǒng)的二維電解槽的陰、陽(yáng)極間填充顆粒狀工作電極材料，與二維電極法相比，其電解槽中的每一個(gè)工作電極粒子均成為一個(gè)獨(dú)立的立體電極，粒子兩端同時(shí)發(fā)生電化學(xué)氧化、還原反應(yīng)，極大縮短了傳質(zhì)距離，提高了電流效率[2]。同時(shí)，粒子之間構(gòu)成的大量微電解池可以產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基·OH，提高水處理效果。本研究采用活性炭三維電極法對(duì)成品油庫(kù)廢水進(jìn)行處理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)用水采集自某成品油庫(kù)隔油池出口，廢水中COD為1 000 mg/L，石油類(lèi)為31.7 mg/L，pH值為6.5～7.5。三維電極反應(yīng)器電解槽采用有機(jī)玻璃制成，尺寸為16 cm×12 cm×23 cm， 因?yàn)镽uO2-IrO2-TiO2/Ti電極具有良好的電催化活性及比較高的電化學(xué)穩(wěn)定性[3]，故本實(shí)驗(yàn)陽(yáng)極采用RuO2-IrO2-TiO2/Ti板電極，陰極采用石墨板電極，電極板規(guī)格為20 cm×11 cm。極板間填充粒徑1～3 mm顆?；钚蕴?。電解采用直流穩(wěn)壓恒流電源，電壓為0～35 V，電流為0～10 A。采用小型空壓機(jī)曝氣，空氣由電解槽底部經(jīng)多孔板均勻散布。實(shí)驗(yàn)前將極板和活性炭在原水中浸泡至吸附飽和，消除吸附作用對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，用鹽酸調(diào)節(jié)原水pH值至酸性。

1.2 分析方法

COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定；pH采用玻璃電極法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 電解時(shí)間對(duì)COD去除率的影響

在pH值為3.0、極板間距為5 cm，電壓為20 V、Fe2+投加量為1.0 g/L、曝氣強(qiáng)度為15 L/min的實(shí)驗(yàn)條件下，考察電解時(shí)間對(duì)COD去除率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 電解時(shí)間對(duì)COD去除率的影響

從圖1可以看出，在其他參數(shù)一定的條件下，COD去除率隨電解時(shí)間的增加而增加。電解前60 min，COD去除速率較快，90 min時(shí)COD去除率達(dá)到82.1%，之后COD去除率基本趨于平緩。反應(yīng)初期，因?yàn)樗蠧OD濃度較高，電解過(guò)程中不斷產(chǎn)生的·OH與水中有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，加之進(jìn)水中的有機(jī)物迅速分散到大量活性炭顆粒之間，在活性炭顆粒形成的微電解池中被降解，極大提高了COD的去除速率。隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，水中有機(jī)物濃度不斷下降，水中pH值不斷升高，F(xiàn)e2+在水中不斷形成絮狀物，影響了活性炭顆粒的懸浮狀態(tài)，減少了工作電極數(shù)量，覆蓋了部分活性中心，減弱了有機(jī)物在顆粒電極表面的降解作用，從而使COD去除率變緩[4]。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，電解時(shí)間應(yīng)控制在90 min為宜。

2.2 曝氣強(qiáng)度對(duì)COD去除率的影響

在pH值為3.0、極板間距為5 cm、電壓為20 V、Fe2+投加量為1.0 g/L、電解時(shí)間為90 min的條件下，考察曝氣強(qiáng)度對(duì)COD去除率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 曝氣強(qiáng)度對(duì)COD去除率的影響

從圖2可以看出，隨著曝氣強(qiáng)度的不斷增大，水中COD的去除率呈現(xiàn)出先增后減的走勢(shì)，這是因?yàn)楹线m的曝氣強(qiáng)度可以使廢水均勻分布于活性炭顆粒之間，促進(jìn)水中有機(jī)物向微電極的傳質(zhì)，有利于有機(jī)物的降解。同時(shí)，曝氣產(chǎn)生的氣泡可以促進(jìn)活性炭顆粒的擾動(dòng)和摩擦，有利于去除顆粒表面的鈍化膜，加快有機(jī)物向顆粒表面的傳質(zhì)速率。當(dāng)曝氣強(qiáng)度不斷增大，有機(jī)物無(wú)法有效分散到活性炭顆粒表面，微電極的電解作用減弱，有機(jī)物無(wú)法被有效降解。所以過(guò)高的曝氣強(qiáng)度不但增加處理成本，也不利于COD的去除[5]。因此，本實(shí)驗(yàn)確定的合理曝氣強(qiáng)度為15 L/min。

2.3 進(jìn)水pH值對(duì)COD去除率的影響

調(diào)節(jié)進(jìn)水pH值在1～6的范圍內(nèi)，在極板間距為5 cm、電壓為20 V、Fe2+投加量為1.0 g/L、電解時(shí)間為90 min的條件下，考察進(jìn)水pH值對(duì)COD去除率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 進(jìn)水pH值對(duì)COD去除率的影響

由圖3可以看出，進(jìn)水pH值由1到6的過(guò)程中，水中COD去除率呈現(xiàn)出先增加后降低的走勢(shì)，pH值在3左右時(shí)，COD去除率最高。這是因?yàn)殡娊獠壑袕U水的酸堿度直接影響極板表面·OH產(chǎn)生。pH值過(guò)低，水中H+離子濃度過(guò)高，陰極產(chǎn)生的H2O2捕獲水中的質(zhì)子形成的H3O2+顯示出親電子性，減弱了H2O2與Fe2+反應(yīng)生成·OH的效果。pH值較高時(shí)，F(xiàn)e2+會(huì)生成Fe（OH）3沉淀，F(xiàn)e2+濃度降低，影響了·OH的生成，同時(shí)，較高的pH值會(huì)導(dǎo)致H2O2無(wú)效分解，影響處理效果[6]。所以，本實(shí)驗(yàn)確定的最佳pH值為3。

2.4 Fe2+投加量對(duì)COD去除率的影響

在pH值為3.0、極板間距5 cm、電壓為20 V、曝氣強(qiáng)度為15 L/min的實(shí)驗(yàn)條件下，考察Fe2+投加量對(duì)COD去除率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 Fe2+投加量對(duì)COD去除率的影響

從圖4可以看出，F(xiàn)e2+投加量由0.25 g/L增加至1.5 g/L的過(guò)程中，水中COD去除率呈現(xiàn)先增加后降低的走勢(shì)，F(xiàn)e2+投加量為1.0 g/L時(shí)，去除率最高。向水中投加的Fe2+與陰極生成的H2O2形成的Fenton試劑可以產(chǎn)生·OH，有利于COD被氧化降解。當(dāng)投加的Fe2+超過(guò)1.0 g/L時(shí)，就會(huì)發(fā)生反應(yīng)：·OH+Fe2+→Fe3++OH-；同時(shí)，·OH也會(huì)發(fā)生自身反應(yīng)：2·OH+2·OH→2H2O+O2，導(dǎo)致電解槽中·OH濃度降低，不利于COD被氧化去除。

2.5 電解電壓對(duì)COD去除率的影響

在pH值為3.0、極板間距5 cm、Fe2+投加量為1.0 g/L、曝氣強(qiáng)度為15 L/min的實(shí)驗(yàn)條件下，考察電解槽電壓的變化對(duì)COD去除率的影響，結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，電解電壓由10 V增加至30 V的過(guò)程中，水中COD去除率呈現(xiàn)出先增加后降低的走勢(shì)，電壓為20 V時(shí)，去除率最高。這是因?yàn)殡S著電壓的增大，電解槽內(nèi)電壓梯度上升，電流密度增加，活性炭顆粒極化程度增加，·OH產(chǎn)生速率增加，有機(jī)物處理效率提高。但隨著電壓的繼續(xù)增大，電極電勢(shì)超過(guò)析氧、析氫電勢(shì)后，活性炭顆粒微電極上的副反應(yīng)增多，產(chǎn)生大量氣泡，導(dǎo)致有機(jī)物無(wú)法在活性炭顆粒上有效吸附，氣膜使活性炭顆粒隔開(kāi)，增大了電阻率，電流密度降低，·OH產(chǎn)生速率下降，造成處理效率下降[7]。所以實(shí)驗(yàn)表明，電解電壓選擇20 V為宜。

圖5 極板間距對(duì)COD去除率的影響

3 結(jié)論

應(yīng)用活性炭三維電極法處理成品油庫(kù)廢水，COD去除率可以達(dá)到82%以上。電解時(shí)間、曝氣強(qiáng)度、進(jìn)水pH值和電解槽電壓均對(duì)廢水處理效果有顯著影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳工藝條件為：電解時(shí)間為90 min，曝氣強(qiáng)度為15 L/min，進(jìn)水pH值為3，F(xiàn)e2+投加量為1.0 g/L，電解電壓為20 V。采用活性炭三維電極法處理污水，占地面積小，能耗低，操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)泥量少，活性炭顆粒再生周期長(zhǎng)，對(duì)于不適用傳統(tǒng)生物處理法處理廢水的成品油庫(kù)，是一種優(yōu)選的處理方法。

[1]馬傳軍，周志國(guó)，高陽(yáng)，等.成品油庫(kù)含油污水處理問(wèn)題與對(duì)策[J].安全、健康和環(huán)境，2014，14（4）：37-39.

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（編輯：程 ?。?/p>

Treatment of Product Oil Depot by Three-Dimensional Electrode of Activated Carbon Method

Yao Meng,Tang Xiaoli,Zhang Zhiyuan
（SINOPEC Safety Engineering Institute,Qingdao Shandong 266071,China）

The experimental study of three-dimensional electrode of activated carbon method was carried out on the product oil depot wastewater.The effects of electrolysis time,aeration intensity, influent pH value and electrolytic voltage on treatment effect were investigated,and the best conditions of the process were obtained:electrolysis time is 90 min,aeration intensity is 15 L/min,the influent pH is 3,Fe2+dosage is 1.0 g/L，electrolytic voltage is 20 V.Under the experimental conditions,the removal rate of COD can reach above 82%.

three dimensional electrode,activated carbon,product oil depot,wastewater treatment

X703

A

1008-813X（2017）01-0091-03

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.01.23

2016-12-12

姚猛（1982-），男，山東淄博人，畢業(yè)于蘇州科技大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)，碩士，工程師，主要從事環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境安全領(lǐng)域的研究和管理工作。