铁碳微电解技术处理实际印染废水

常治辉 原创 | 2018-08-06 11:33 | 收藏 | 投票
关键字:废水处理 电解 印染废水 

  1. 2 实验方法

  量取400 mL 实际印染废水置于反应器中,调节废水的初始 pH 值,并加入一定量的市售铁碳填料,在曝气条件下当反应进行到 30、60、90、120和 150 min 时,分别取其混合液并调节所取混合液的 pH 值令其呈碱性,静置沉淀后取上清液测定混合液的 COD 和 BOD 5 ,并计算 BOD 5 /COD值,即 B /C 比. 为了降低实验误差,每组实验均需要重复两次.

  2 结果与分析

  2. 1 填料投加量对废水处理效果的影响

  量取 400 mL 实际印染废水,将其初始 pH 值调节为 3,在曝气条件下铁碳填料质量与废水体积的配比分别取为 1∶1、1∶2、1∶3、1∶4 和 1∶5 进行5 组实验,实验结果如图 1 所示.

  由图 1 可知,随着反应时间的延长,COD 去除率不断增加. 当反应时间达到 150 min,且铁碳填料质量与废水体积的配比为 1∶1 和 1∶2 时,废水的处理效果较好,此时 COD 去除率可以分别达到 55. 16%和 54. 04%. 这是因为微电解反应发生在填料表面,填料越多,形成的微观原电池数量就越多,因而可以加快有机物的降解速度,从而使得印染废水的 COD 降低更多. 因此,综合考虑废水的处理效果,并兼顾填料的投加成本后,选取铁碳填料质量与废水体积的最佳配比为 1∶2.

  2. 2 pH 值对废水处理效果的影响

  量取 400 mL 实际印染废水,填料投加量为0. 2 kg,在曝气条件下废水初始 pH 值分别调节为3、4、5、6 和 7 进行 5 组实验,实验结果如图 2所示.

  由图 2 可知,当废水初始 pH 值为 3 时,铁碳填料的废水处理效果最好,COD 去除率可以达到最大值 53. 66%. 由于铁是一种在酸性条件下可以表现出较高活性的金属,随着 pH 值的降低,铁的腐蚀速度加快,产生的电位差增大,因而有利于有机物的降解,使得原电池反应增多,同时由于电解产生的 Fe 2 + 和 Fe 3 + 浓度增大,因而可以提高絮凝作用效果,从而可以提高 COD 去除率,但过低的 pH 值将影响 Fe 2 + 和 Fe 3 + 离子的絮凝作用,同时增加处理成本. 当废水呈碱性时,金属的活性会降低,原电池反应所需 H+含量也会降低,不利于氧化还原反应的进行. 因此,微电解技术在酸性条件下对废水的处理效果更好. 综合以上分析,为达到最佳处理效果,选取 pH 值为 3 的酸性条件作为废水的初始反应条件.

  2. 3 曝气对废水处理效果的影响

  量取 400 mL 实际印染废水,填料投加量为0. 2 kg,调节废水初始 pH 值为 3,分别在曝气与不曝气两种条件下进行实验,实验结果如图 3所示.

  由图 3 可知,在曝气条件下填料对废水的处理效果要好于不曝气的效果,在曝气条件下 COD去除率最高可达 52. 74%. 由于曝气装置对微电解反应提供了充足的氧气,因而有利于有机物氧化降解过程的进行,同时曝气情况下阴阳两极间的电位差增大,使得原电池的电动势比不曝气情况下高出很多. 此外,当曝气量较大时,氧气供应更为充足,因而会使微电解反应过程进行得更为彻底,但曝气量不宜过大,否则会产生过多的气泡,从而导致一部分填料被气泡包裹,使得产生活性化学物质和新生态[H]的几率减少,反而不利于反应过程的进行. 另外,曝气装置在曝气过程中可以起到搅拌作用,因而可以不断刷新铁碳填料表面,从而可以有效减少极化作用的发生,并有效防止铁碳填料在反应过程中产生钝化.

  2. 4 反应时间对废水处理效果的影响

  由图 1 ~3 可见,随着反应时间的增加,曲线上升较快,COD 去除率的增长幅度不断增加,当反应进行到 120 min 左右时,曲线上升变缓,即COD 去除率基本趋于稳定. 可见,反应时间对COD 去除率具有一定影响,反应时间越长,填料与废水接触得越充分,反应进行得越彻底,但当反应时间增加到一定数值后,对于微电解反应过程而言,随着反应时间的延长,电极周围会覆盖很多的沉积物,从而使得铁电极由于氧化作用而发生钝化,导致铁碳反应受阻,此时铁碳微电解反应基本达到稳定状态,因此,COD 处理效果不再明显提高. 此外,延长反应时间还会增加实际废水处理成本. 综合考虑处理效果、设备投资及运行费用等各项因素,选择 120 min 作为微电解处理废水的最佳反应时间.

  2. 5 填料对废水可生化性的影响

  量取适量实际印染废水并测定其原始 B /C比,然后从中量取 400 mL 废水,投加 0. 2 kg 的填料,调节反应初始 pH 值为 3,在曝气条件下反应120 min 后,再次测定废水的 B /C 比.实验前测得废水的原始 B /C 比为0. 33,投加填料后测得处理后的废水 B /C 比提高至0. 53,可见铁碳填料的投加有利于将废水中原有生物难以降解的有机物降解为可生化的小分子物质,提高了废水的可生化性,因而为废水的后续生化处理提供了有利条件.

  3 结论

  本文选用市售铁碳填料,以实际印染废水为研究对象,并以 COD 去除率和 B /C 比为主要指标,针对铁碳填料投加量、废水初始 pH 值、反应时间以及是否曝气等影响因素对印染废水预处理效果的影响进行了分析. 通过以上实验分析可以得到如下结论:

  1) 增加铁碳填料投加量有利于提高废水中微观原电池的数量,从而有利于提高印染废水的处理效果.2) 酸性条件可以加快铁的腐蚀速度,增大电位差,同时电解产生的 Fe 2 + 和 Fe 3 + 浓度增大,从而可以提高絮凝作用效果,因而可以提高废水的COD 去除率.3) 曝气为铁碳微电解反应提供了充足的氧气,提高了阴阳两极间的电位差,使得微电解反应进行得更为彻底.4) 在铁碳微电解反应的初始阶段,废水的COD 去除率快速增高,而随着反应时间的延长,沉积物的覆盖作用致使铁电极发生钝化,从而使得铁碳微电解反应趋于稳定.5) 铁碳微电解过程可以有效提高印染废水的可生化性. 在曝气条件下,当填料质量与废水体积之比为 1∶2,初始 pH 为 3,反应时间为 120 min时,废水 B /C 比可由 0. 33 提高至 0. 53.

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