鐵碳微電解協(xié)同過硫酸鹽深度處理焦化廢水

蘇賽賽，劉 原，趙新路，孟 悅

（太原工業(yè)學院，山西 太原 063008）

焦化廢水生化處理后出水仍然含有大量的COD、氨氮，且出水色度也較高，無法滿足排放標準，必須經(jīng)過更為深層次的處理[1]。目前國內(nèi)及國外比較常用的更深度的處理工藝包括物理化學法、生物化學法以及高級氧化法等[2]。其中高級氧化法具有氧化能力更強、反應(yīng)更徹底、反應(yīng)時間較短、占地面積較小的優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用[3]。

由于硫酸根自由基（SO4-·）的高級氧化技術(shù)在近年來發(fā)展迅速，且過渡金屬能夠激活過硫酸鹽（PS），產(chǎn)生有氧化能力極強的硫酸根自由基（SO4-·）[4]，零價鐵（Fe0）是一種很好的活化劑[5]。本實驗采用鐵碳微電解協(xié)同過硫酸鹽深度處理焦化廢水，基于原電池氧化還原反應(yīng)的鐵碳微電解法為過硫酸鹽的活化提供了活化劑，減少了鐵和碳的使用量，避免鐵屑結(jié)塊、反應(yīng)器堵塞等各種問題的同時，還可以促進生成更多的硫酸根自由基，使有機物得到高效率的降解[6]。

1 材料與方法

1.1 實驗水樣

實驗水樣取自清徐某焦化廠生化段出水，水質(zhì)主要指標的測定結(jié)果見表1。

表1 主要水質(zhì)指標

1.2 實驗儀器

六聯(lián)攪拌器JJ-4、電子天平、雙光束紫外可見分光光度計TU-1901、pH 計、快速消解儀、離心機。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品的預(yù)處理

零價鐵粉用乙醇沖洗10 min，再用蒸餾水洗滌，接著用硫酸和蒸餾水再次沖洗?；钚蕴吭诮够瘡U水中浸泡24 h 以上，達到吸附飽和狀態(tài)，以減少吸附作用對實驗過程的影響。

1.3.2 實驗過程

在100 ml 廢水中依次加入活性炭、零價鐵粉、過硫酸鈉，將其置于六聯(lián)攪拌器上，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為240 r/min，反應(yīng)溫度為室溫，溶液pH 由0.1 mol/L 硫酸和0.1 mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)，反應(yīng)一定時間后，靜置一段時間，取靜置后水樣的上清液進行檢測。

1.4 分析方法

COD 采取國標法中的快速消解分光光度法進行測定，色度采取稀釋倍數(shù)法進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 過硫酸鹽投加量對處理效果的影響

將反應(yīng)條件控制為150 min 的反應(yīng)時間、6.0 的pH 指數(shù)、3：2 的鐵碳質(zhì)量比、0.125 g 的鐵碳總投加量，改變過硫酸鹽的投加量，考察此因素對處理焦化廢水的效果的影響，實驗結(jié)果見圖1。

圖1 過硫酸鹽投加量的影響

由圖1 可知，過硫酸鹽投加量的改變對焦化廢水的COD 去除率有很大的影響，當過硫酸鹽投加量逐漸增大時，COD 去除率呈現(xiàn)出先降后升再降的總趨勢，當過硫酸鹽投加量從5.0 mmol/L 增加至10.0 mmol/L時，COD 去除率從33.33%提高至54.68%。分析原因認為過硫酸鹽的投加量低于10.0 mmol/L 時，反應(yīng)過程中完全消耗了過硫酸鹽，所產(chǎn)生的硫酸根自由基（SO4－·）的量無法達到氧化有機物的條件，但當過硫酸鹽的投加量高于10.0 mmol/L 時，過硫酸鹽的濃度很高，足以在短時間內(nèi)產(chǎn)生過多的硫酸根自由基（SO4－·），從而導致自身發(fā)生湮滅，導致處理效率降低。因此，最佳過硫酸鹽投加量為10.00 mmol/L。

2.2 鐵碳質(zhì)量比對處理效果的影響

將反應(yīng)條件控制為150 min 的反應(yīng)時間、6.0 的pH 指數(shù)、10 mmol/L 的過硫酸鹽投加量、0.125 g 的鐵碳總投加量，改變鐵碳質(zhì)量比，考察此因素對處理焦化廢水的效果的影響，實驗結(jié)果見圖2。

圖2 鐵碳質(zhì)量比的影響

由圖2 可知，當增加鐵碳質(zhì)量比時，COD 去除率呈增加趨勢，當m（Fe0）：m（AC）為3：2 時，COD 去除率較高，達41.33%，之后隨著鐵碳質(zhì)量比的增加，COD去除率是呈下降趨勢，使用的Fe0量越多，處理所需的成本也隨之提高，且反應(yīng)后溶液中存留的鐵的含量也越多，同時也會導致水色度的增加，因此，最佳鐵碳質(zhì)量比確定為3：2。

2.3 鐵碳總投加量對處理效果的影響

將反應(yīng)條件控制為150 min 的反應(yīng)時間、6.0 的pH 指數(shù)、3：2 的鐵碳質(zhì)量比、10 mmol/L 的過硫酸鹽投加量，改變鐵碳總投加量，考察此因素對處理焦化廢水的效果的影響，實驗結(jié)果見圖3。

圖3 鐵碳總投加量的影響

由圖3 可知，當增加鐵碳總投加量時，COD 去除率先漸漸上升然后趨于平緩，在鐵碳總投加量為0.125 g 的條件下，COD 去除率最高為64%，分析原因認為隨著鐵碳總投加量增加，導致高活性的亞鐵離子（Fe2+）、還原氫（[H]）和強氧化性的硫酸根自由基（SO4－·）也隨之增多，因此COD 去除率也越高，但當鐵碳總投加量增加到一定量之后，即便再繼續(xù)增加，COD 去除率也不會再提高，反而由于過硫酸鹽被消耗完全后，COD 去除率還會有所降低，因此，最佳鐵碳總投加量確定為0.125 g。

2.4 反應(yīng)時間對處理效果的影響

將反應(yīng)條件中pH 值控制為6.0、鐵碳質(zhì)量比為3：2、鐵碳總投加量0.125 g、過硫酸鹽投加量為10 mmol/L，改變反應(yīng)時間，考察此因素對處理焦化廢水的效果的影響，實驗結(jié)果見圖4。

圖4 反應(yīng)時間的影響

由圖4 可以看出，在增加反應(yīng)時間的同時，COD去除率先緩慢增長至最高然后開始降低。在反應(yīng)時間為150 min 時，COD 去除率最大達到60%。伴隨著反應(yīng)時間的不斷增長，反應(yīng)體系中一直有硫酸根自由基（SO4-·）的產(chǎn)生，因此表現(xiàn)出了COD 去除率不斷上升的現(xiàn)象；當反應(yīng)時間＞150 min 后，COD 去除率開始不斷下降，下降的原因是因為反應(yīng)體系中消耗完了過硫酸鹽（PS），因此確定最佳反應(yīng)時間為150 min。

2.5 初始pH 對處理效果的影響

將反應(yīng)條件控制為150 min 的反應(yīng)時間、3：2 的鐵碳質(zhì)量比、0.125 g 的鐵碳總投加量、10 mmol/L 的過硫酸鹽投加量，改變初始pH，考察此因素對處理焦化廢水的效果的影響，實驗結(jié)果見圖5。

圖5 初始pH 值的影響

由圖5 可以看出，隨著pH 的不斷升高，COD 去除率也不斷提高。當pH＜7 時，隨著pH 的不斷提高，COD 去除率從37.33%提高到69.33%，效果較明顯，當pH＞7 時，COD 去除率雖有提高但效果不明顯，且隨著pH 的增大會有Fe（OH）3絮體生成，因此最佳反應(yīng)pH 確定為6～7 左右。

3 結(jié)論

鐵碳微電解協(xié)同過硫酸鹽能夠有效地實現(xiàn)焦化廢水的深度處理，在處理條件為反應(yīng)時間150 min，PS投加量10 mmol/L，m（Fe0）∶m（AC）=3∶2，鐵碳總投加量0.125 g，pH 6-7 的條件下，COD 的去除效果較好，最大去除率可達78.68%。