鐵炭微電解工藝與氧化催化工藝相結合在工業(yè)廢水中的應用
鐵炭微電解工藝是利用電化學作用、氧化還原作用和絮凝作用，該工藝無論是在試驗研究還是實際應用方面都已有幾十年的經(jīng)歷，而且在去除COD、色度等方面都取得了令人非常滿意的處理效果，COD的去除率在45%~70%，色度的去除率高達65%~90%。由于其具有工藝簡單、操作方便、處理效果好等優(yōu)點，目前在電鍍廢水、石油化工廢水及制藥廢水處理過程中被廣泛研究及應用，特別是石油化工廢水和電鍍廢水方面的應用尤為廣泛，鐵炭微電解技術在制革及印染廢水中的研究也被廣泛關注。由于鐵炭工藝中的填料來源廣泛且價格低廉，應用范圍也在不斷擴大。早年間由于鐵炭床的板結作用隨著運行時間的推移會有所加重，有時這種狀況的出現(xiàn)又是不可挽回的，以致浪費了大量的鐵炭填料，但目前國內(nèi)開發(fā)研制的鐵炭流化床反應器很好的解決了這一問題。
臭氧氧化技術目前多作為深度處理（三級處理）技術應用及作為消毒處理工藝應用，沒有廣泛應用的原因是臭氧發(fā)生器的耗能較大，而且公斤級別的臭氧發(fā)生器，特別是我國生產(chǎn)企業(yè)自行研制生產(chǎn)的該種設備，運行效果還不是非常穩(wěn)定；完全的進口設備又價格不菲，直接影響到了氧化催化技術工業(yè)化的推廣。伴隨著企業(yè)技術的創(chuàng)新和研發(fā)，目前臭氧發(fā)生器制造技術取得了很大的進步，較為突出的就是公斤級的臭氧發(fā)生器，在運行穩(wěn)定性和效率上都有了很大的提高。
鐵炭微電解工藝與臭氧氧化催化技術的聯(lián)合應用，開啟了工業(yè)廢水的新天地，特別是對于廢水處理工程受到用地及投資限制的工礦企業(yè)更為適用。對于那些較難處理的工業(yè)廢水，特別是對于廢水呈現(xiàn)酸性，水體顏色又較重，較難生化處理的工業(yè)廢水，不僅工藝流程簡單，占地面積少，而且運行過程中不需投加各類藥劑，只是投加了價格低廉、來源廣泛的工業(yè)酸及石灰作為調(diào)節(jié)劑及沉降劑，大大降低了系統(tǒng)運行的成本，很好地解決了工業(yè)副產(chǎn)物及廢水處理所帶來的窘境。
鐵炭微電解與臭氧氧化催化技術的應用流程如下：
原水—預處理—鐵炭反應池—沉淀池—氧化催化池—出水可回用。
實驗室所用水樣為牛仔漂洗廢水，水樣來源為“溫州某廠”，水質情況：COD=2079，pH=5~6，生化性可忽略（根據(jù)廠家的介紹確定的），廢水經(jīng)過多家試驗機構測定，基本上不考慮生化處理的方式。試驗小試共進行了十組測定，取500ml原水，原水pH=5~6，首先投加10%的H2SO4調(diào)整pH =3~4，鐵炭按照Fe:C=2:1（質量比），實驗前的準備工作：鐵屑經(jīng)過酸液浸泡，去除鐵粒表層的氧化層；碳粒經(jīng)過浸泡，使其表層的吸附達到平衡，盡可能減少外部影響因素。
經(jīng)過預處理后的廢水直接進入鐵炭反應器，鐵炭反應器內(nèi)設置微孔曝氣頭，反應器反應時間為25min，同時進行微孔曝氣。出水顏色基本去除，肉眼不見明顯顏色，水中含有少量懸浮性固體顆粒；經(jīng)過鐵炭反應的出水中含有大量的鐵離子，投加氫氧化鈉，可見墨綠色沉淀，沉淀物見明顯絮狀，沉降效果明顯，沉淀速度較快。鐵炭反應主要是利用的是原電池原理：
陽極（Fe）：Fe–2e→Fe2+
E0（Fe2＋/Fe）= –0.44V
陰極（C）：2H+＋2e→H2
E0（H+＋/H2）= 0V
堿性條件（或者中性）：
O2＋H2O＋4e→4OH-
E0（O2/OH-）＝+0.4V
鐵炭反應過程中所生成的具有高度氧化還原特性的物質可與廢水中的有機污染物發(fā)生反應，以達到破壞其結構，凈化水體的作用；同時反應所產(chǎn)生的鐵系化合物為良好的絮凝劑，可對廢水中的懸浮物及部分溶解性的有機物通過絮凝沉降的作用與水分離。鐵炭反應后水體中還含有的大量鐵離子，主要為二價鐵離子（Fe2+）和三價鐵離子（Fe3+），在氧的作用下與堿液發(fā)生的反應如下：
Fe2+＋OH-＋O2 →Fe（OH）3 ↓
Fe3+＋3OH-→Fe（OH）3 ↓
沉淀池的上清液進行臭氧氧化催化處理，催化劑選用的是催化活性炭（炭載二氧化鈦，椰殼），臭氧的投放量為15g/t，反應時間為60min。臭氧氧化催化反應主要是在催化劑的作用下利用臭氧的強氧化性，將大分子物質及較難處理的高分子物質分解成小分子物質，并進一步氧化分解，再經(jīng)過碳的強吸附作用將其去除。氧化催化反應中的碳是載體，既是催化劑的載體，又是吸附劑，所以經(jīng)過長時間的使用后，活性炭需要再生。氧化催化反應則是一系類復雜的化學反應過程。由于臭氧的極不穩(wěn)定性，易分解，且輸送距離不能太長，臭氧機房宜在氧化催化池邊設置。
實驗室又做了另外五組重復試驗，基本重復了上述實驗結果。而且對于“鐵炭+氧化催化”技術在工業(yè)廢水中的應用還做了處理高濃度有機廢水，處理造紙廢水和處理制革廢水的實驗，效果都非常明顯，目前在山東的項目（印染廢水）正在調(diào)試中，溫州的項目正在籌建中。“鐵炭+氧化催化”技術不會因冬季溫度的變化而影響工藝的運行，既節(jié)省了人力又節(jié)省了運行的資金投入，操作簡單，處理效果明顯；所處理廢水如果污染嚴重，在條件允許的情況下，還可與生化工藝連用，可以說是前景廣闊。
此種工藝的缺點是鐵碳反應后沉淀池內(nèi)的污泥量較大，富含鐵離子，如果僅為做一般的污泥處理會是一種資源的浪費，所以如何有效利用鐵碳反應所產(chǎn)生的污泥，有待進一步研究。
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