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粒子電極法深度處理焦化廢水實驗

文檔作者：張春華張娜文檔來源：河北省唐山水文水資源勘測局		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年08月08日
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第27卷第3期
2011年5月
水資源保護
WATER RES0URCES PR rECn0N
V01．27 No．3
Mav 2011
DOI：10．3969／j．issn．1004—6933．2011．03．018
粒子電極法深度處理焦化廢水實驗
張春華，張娜
(河北省唐山水文水資源勘測局，河北唐山063000)
摘要：對粒子電極法在焦化廢水三級處理工藝方面的應用進行實驗。結(jié)果表明：在電解電壓12V、電解時間
40rain、活性炭加入少量玻璃珠粒子電極條件下，粒子電極法對焦化廢水二級處理出水的COD去除率可達到
70％ 。
關(guān)鍵詞：粒子電極；深度處理；焦化廢水；實驗研究
中圖分類號：X756 文獻標識碼：B 文章編號：1004—6933(2011)03—0072—03
Experimental study of advanced treatment of coking wastewater by particle
electrode method
ZHANG Chun-hua，ZHANG Na
(Tangshan Hydrology and Water Resources Survey Bureau ofHebei Province，Tangshan 063000，China)
Abstract：The application of the technique of particle electrode in the tertiary treatment process of coking wastewater WaS
studied，and the appropriate application conditions were determined．Th e results showed that under the conditions of the
electrolysis voltage of 12V，electrolysis time of 40 minutes，activated carbon with addition of a little beaded glaSs particle
electrode，the removal eficiency of COD in the secondary treatment of coking wastewater could reach 70％ using particle
electrode．
Key words：particle electrode；advanced treatment；coking wastewater；experimental study
1 概述
焦化工業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢水污染物種類繁多，是
典型的含有芳香族化合物及雜環(huán)化合物且較難降解
的有毒有害高濃度有機廢水，目前國內(nèi)所采用的焦
化廢水處理系統(tǒng)多為一級處理工藝或二級處理工
藝?1。一級處理工藝指的是包括蒸氨、脫酚、終冷水
脫氰等工藝；二級處理工藝主要指對酚氰污水的無害
化處理，主要以傳統(tǒng)活性污泥法為主，以及以A—O法
及其衍生方法(A．A．0、A一0 0等)為代表的生化處理
工藝；三級處理工藝是對生化處理后的污水進行深度
處理，如活性炭吸附、炭一生物膜法、氧化塘法等。
粒子電極法是針對傳統(tǒng)的雙電極法進行的改進
方法，具體是指在傳統(tǒng)的二維電解電極間填充粒狀
電極材料，使之帶電，并在材料表面發(fā)生電化學反應
的電化學處理方法E2j。相對于傳統(tǒng)的雙電極法，其
優(yōu)點是顯著增大了電解電極的體表面積，有效提高
了電化學效率，適用于電導率較低的有機污水處理，
處理效果得到顯著改善。筆者研究的是一種采用粒
子電極深度處理焦化廢水的電化學處理方法l3j，初
步探討了多種因素對粒子電極法去除焦化廢水中的
COD的影響，為實際應用提供了參考依據(jù)。
2 實驗
2．1 實驗用水
實驗用水取自某焦化廠A．0二級處理裝置出
水，p(COD)為260—335mg／L；pH值6～7。
2．2 實驗裝置
由自制有機玻璃水槽、鋁板主電極、自制聚四氟
作者簡介：張春華(1980一)，女(滿族)，河北唐山人，工程師，主要從事水文水資源及水環(huán)境研究工作。E-mail：sprin~inda@l63．con
· 72 ·
曝氣分配板、曝氣管組成的電解槽(主電極面積為
100mill×100lTlnq，主電極間距200[I'IITI)；SB一348A型氣
泵；填充粒子電極(玻璃珠、吸附飽和活性炭粒)；調(diào)
壓變壓器等組成。電解槽裝置如圖1所示。
圖1 電解槽裝置示意圖
2．3 粒子電極處理
活性炭粒用去離子水清洗并煮過后，放入到實
驗用水中浸泡24 h，過濾后繼續(xù)用實驗用水浸泡
24h，以保證活性炭的吸附飽和，不對電解反應結(jié)果
造成影響。
2．4 實驗原理
采用活性炭作為粒子電極對焦化廢水進行電解
處理以提高電解去除效率的主要原理是，隨著粒子
電極的加入，增大了電極體表面積，同時活性炭對有
機物有較好的富集作用。加入粒子電極，可以有效
地減小反應物在電極間的遷移距離，從而顯著提高
電解去除效率。
主電極間施加足夠的電解電壓，使分布在主電
極鍵的粒子電極帶電形成獨立的立體電解，每個粒
子電解兩端均發(fā)生電化學氧化一還原反應，產(chǎn)生大量
具有強氧化性的HO·，電解體系中的有機物在HO·
作用下快速發(fā)生氧化反應及自由基鏈反應，使有機
物得以快速降解l 。
電極反應如下：
02+2H +2e— H202 (1)
H202—— HO·+OH一 (2)
2．5 實驗方法
首先用重鉻酸鉀回流法準確測定實驗用水的
COD濃度值；取實驗用水1 000mL加入到電解槽中，
填充粒子電極，通電、調(diào)壓，進行電解，同時進行曝
氣，通氣量1 L／min，記錄電解時問和電解電壓；完成
后對過濾后的出水采用重鉻酸鉀回流法測定其
COD濃度值，計算COD去除率。
3 實驗因素對COD去除率的影響
3．1 空曝實驗
首先進行了不加任何粒子電極的空曝實驗，結(jié)
果表明，單純曝氣對COD去除率小于2％，故實驗中
可忽略曝氣因素造成的影響。
3．2 電解電壓
在填充活性炭與玻璃珠體積比為2：1的條件
下，分別采用3、5、8、10、12、15、l8、20V電解電壓進
行處理，電解時間30min，測定COD去除率，結(jié)果如
圖2所示。
圖2 電解電壓對COD去除率的影響
由圖2可見，COD去除率隨電解電壓的提
高而呈現(xiàn)增大趨勢，但電壓超過12 V后增大趨勢趨
緩，最佳的電解電壓為12V左右。
一般來說，電解液相與粒子電極之間的電位差
是電化學反應的驅(qū)動力。電位差越大，電極反應速
率越大，但副反應發(fā)生的幾率和速率也隨之增大，如
陽極析氧和陰極析氫反應，主電極的腐蝕反應等l5』。
3．3 電解時間
在電解電壓為12 V、填充粒子為活性炭與玻璃
珠，其體積比為2：1的條件下，分別采用l0、l5、20、
25、30、35、40、45、60、90min電解時間進行處理，測定
出水的COD去除率，如圖3所示。
料
凸
0
rJ
電解FI$ft~J／min
圖3 電解時間對COD去除率的影響
由圖3可見，COD去除率隨電解時間的增加而
呈現(xiàn)增大趨勢，電解40 min以后去除率趨勢趨于平
緩，這主要是由于初始體系內(nèi)的COD濃度較高，濃
差極化影響并不顯著，隨著電解時間的增加，COD
濃度的下降，濃差極化的影響加強。最佳的電解時
間為40min。
3．4 活性炭與玻璃珠體積比
在電解電壓為l2V、電解時間為5—60min條件
下，活性炭與玻璃珠體積比分別采用純活性炭、2：1、
1：1、1：2、這4種情況進行處理，測定COD去除率，
· 73 ·
對比結(jié)果如圖4所示。
料
籃
-
0
0
rJ
電解時fnJ／min
圖4 活性炭與玻璃珠體積比對COD去除率的影響
由圖4可見，加入少許玻璃珠會對電解效果有
積極影響，但玻璃珠的比例過大會降低電解效果。
這主要是因為純粹的活性炭粒子會在電解槽底部聚
積，形成短路電流，從而降低了電流效率。玻璃珠是
絕緣體，可阻礙短路電流的形成，從而提高了電流效
率。但由于玻璃珠與活性炭密度差別較大，隨著電
解時間的增加會形成分層，從而降低玻璃珠阻礙電
解電流形成的效果，故可考慮使用密度與活性炭相
近的絕緣體作為共同填料。
3．5 pH值
在一般情況下，pH值是電解去除COD的重要
影響因素之一。但作為焦化污水的三級處理工藝，
在電解處理環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)pH值顯然存在成本問題；又
因為進水pH值變化不大，電解法去除COD的效果
沒有顯著的下降，所以暫不對pH值對COD去除率
的影響進行研究。
4 結(jié)論
a．從實驗結(jié)果可見，電解電壓和電解時間是影
響COD去除率的主要影響因素。電解電壓的增大，
粒子電極表面產(chǎn)生HO·必然有所增大，粒子電極表
面的直接氧化作用更加顯著，COD去除率將增大，
然而隨著電流的進一步增大，水的電解反應加劇，將
析出氫氣和氧氣，導致COD去除效率降低，得到最
佳條件：電解電壓l2V；電解時問40min。
b．在活性炭與玻璃珠體積比為2：1的條件下，
實驗效果最佳?；钚蕴康谋壤酱?，其活性表面將
越大，吸附有機物的效果將越好，越有利于在其表面
發(fā)生的有機物氧化反應，進而COD的去除效果將更
佳；然而若活性炭積聚在電解槽底部，導致在底部形
成短路，使電解槽的效率下降，所以應加人少許絕緣
體阻斷短路電流，并進行機械攪拌或曝氣攪拌。
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