催化铁内电解法预处理高盐高浓度有机废水的试验研究

2010年第10期广东化工第37卷总第210期ww.gdchem.com·93·催化铁内电解法预处理高盐高浓度有机废水的试验研究阳维薇，王中琪，周乃磊(西南科技大学四川省环境工程自控技术重点实验室，四川绵阳621010)[摘要]采用铜取代炭的改进铁炭内电解法即催化铁内电解法对附子中药废水(含高盐高浓度有机物)进行预处理研究。试验得出，催化铁内电解的最佳工艺组合是：进水pH为4.6，铁/水比(m/m)为4∶3，铁/铜比(m/m)为3.5∶1，停留时间为60min。经处理后，COD由初始24000mg•L-1降为10460.6mg•L-1，盐度由61000mg•L-1降为45472.6mg•L-1，BOD5由3770mg•L-1降为3640mg•L-1，BOD5/COD由原来的0.15提高到0.35左右，为生化处理提供了有利条件。[关键词]催化铁内电解；高盐高浓度有机废水；预处理[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2010)10-0093-02CatalyzedIronInnerElectrolysisPretreatmentofHighSaltConcentrationOrganicWastewaterYangWeiwei,WangZhongqi,ZhouNailei(KeyLaboratoryofSichuanProvinceAutoControlTechnologyofEnvironmentalEngineering,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,China)Abstract:ThepaperrevealedwhathappenedwhentheimprovementofcoppertoreplacecharcoalironinternalelectrolysisnamelycatalyzedironinternalelectrolysiswasusedinFuziTraditionalChinesemedicinewastewater(whichhashigh-saltconcentratedorganic)treatment.Theresultofcatalyzedironinternalelectrolysisshowedthatoptimalcombinationis:pH=4.6,iron/waterratio(m/m)was4∶3,iron/copperratio(m/m)is3.5∶1,retentiontimeof60min.Aftertreatment,theconcentrationofCODcouldbereducedfrom24000mg•L-1to10460.6mg•L-1,thesalinityfrom61000mg•L-1to45472.6mg•L-1,andtheBOD5alsobereducedfrom3770mg•L-1to3640mg•L-1.TheresultalsoindicatedthatthismethodcanraisetheB/Crationfrom0.16to0.35.Keywords:catalyzedironinternalelectrolysis；high-saltconcentrationorganicwastewater；pretreatment近年来，随着中国制药行业的迅猛发展，产生了大量的有机废水。附子废水是在制造附子中药过程中所产生的废料及废液，其废水系一种颜色呈黄褐、有机物浓度高和盐度高的酸性废水。对此类高浓度有机废水[1]的治理问题亟待解决。因其可生化性差,通常要进行预处理。铁炭微电解法由于原料廉价易得且试剂具有较高的氧化性，近30年来来在工业废水预处理方面得到广泛应用[2-4]。本试验根据微电解原理[5-8]，在铁炭微电解法基础上改进阳极材料即用铜取代碳的催化铁内电解法对该废水进行预处理，取得了较理想的效果。1实验部分1.1试验条件试验材料：试验采用1000mL烧杯模拟静态实验；铁屑、铜屑：来自西南科技大学工程实训中心。试验用水及水质：附子废水，取自江油某中药厂，其COD为24000mg•L-1左右，BOD5为3700mg•L-1左右，B/C值即BOD5/COD为0.15，盐度为61000mg•L-1左右，pH为5.0左右,颜色为浅黄色。1.2试验方法试验用料预处理:试验所用废铁屑及铜屑均先用10%氢氧化钠溶液清洗，以去除其表面上的油污；再用3%硫酸浸泡，去除铁锈等氧化物；然后用自来水冲洗干净，置烘箱内调温至120℃，烘干，密封，备用。试验中，铁屑、铜屑在称取后，使用前，均先用1.5%稀盐酸洗去其表面氧化物，再用去离子水冲洗干净，供试验使用。催化铁内电解实验：取300mL水样于1000mL烧杯中,按照试验设计投加一定量经预先处理的铁屑、铜屑，并用六联式数显搅拌仪连续轻微搅拌，反应一段时间后,静置2h，将铁、铜与水分离，调节过滤液的pH为8.0，过滤后取上清液测其COD及盐度。1.3测定方法COD的测定：重铬酸钾法；pH：PHS-3C精密pH计；盐度的测定：硝酸银滴定法；BOD5的测定：稀释与接种法。2试验数据及结果2.1催化铁内电解法静态正交实验为了考察各因素对试验结果的影响程度，试验对铁屑投加量、铁/铜比、废水pH和反应时间四个因素，按照L9(34)正交表进行三水平正交实验。各因素水平表见表1。表1催化铁内电解正交实验因素水平Tab.1Factorsandlevelsintheorthogonalexperiment水平编号铁屑投加量/(铁/水比m/m)铁/铜比/(m/m)pH反应时间/min11∶33∶133022∶34∶146034∶35∶1590表2催化铁内电解处理附子废水L9(34)正交分析Tab.2L9(34)orthogonalanalyticaltableaboutthetreatmentofFuzibycatalyzedironinternalelectrolysis试验编号铁/水比/(m/m)铁/铜比/(m/m)pH反应时间/minCOD去除率/%盐度去除率/%1111148.223.42122257.522.93133347.322.64212352.424.85223149.623.96231251.824.57313254.925.18321357.225.69332155.625.3K1211.9228.823226.0K2227.0226.722226.7K3243.7227.122229.9Rj31.82.17.33.9[收稿日期]2010-7-20[基金项目]科技部中欧科技合作项目(国科外字[2006]337文件,项目编号:NO.3)；四川省环境工程自控技术高校重点实验室项目[作者简介]阳维薇(1985-)，女，四川资阳人，在读硕士研究生，主要研究方向为水污染控制。广东化工2010年第10期·94·期为减少试验误差,每组试验组合均重复3次。试验结果和极差分析见表2。由表2可知：R1﹥R3﹥R4﹥R2，因此在设计试验范围内所选的影响因素中,影响催化铁内电解反应效果的显著性为：铁/水比﹥pH﹥反应时间﹥铁/铜比，COD去除率稳定在40%以上，最高可达57.2%，盐度去除率稳定在20%以上，最高可达25.6%。与此同时，根据均值Ki得出最优工作参数为：铁/水比=4∶3，pH=3，反应时间=90min，铁/铜比=3∶1。为了进一步调高催化铁内电解法对附子废水的处理效果，拟在正交试验的基础上采用单因素试验，从而寻找此类方法对附子废水降解的最佳工艺参数。2.2催化铁内电解法单因素试验2.2.1铁刨花投加量对处理效果的影响取6个1000mL烧杯，均量取300mL附子中药废水，分别加入50g，100g，200g，300g，400g，450g不等量铁屑，均加入100g铜，调节pH至4.6左右。快搅(300r/min)20min，慢搅(50r/min)40min。静置2h，测定CODcr和Cl-浓度(盐度)，计算去除率。试验结果如图1所示。由图1可以看出，随着铁屑投加量的增加，COD去除率与盐度去除率均显著升高。当铁屑投加量达300g后，逐渐变缓，达400g时，二者去除率达最高值，COD达52.33%，盐度达26.86%。当投加量达450g时，略有下降。从而可得本试验的适宜铁水比为4∶3。催化铁内电解法主要依靠铁、铜构成的原电池作用分解去除污染水体中的有机物，因此可以推测：出现上述情况是因为当铁水比达4∶3以后时，铁、铜构成的原电池已趋于饱和。2.2.2铁铜质量比对处理效果的影响取6个1000mL烧杯，均量取300mL附子中药废水，均加入200g铁屑，改变不同铁铜比(1∶1，2∶1，3∶1，3.5∶1，4∶1，5∶1)，即分别加入200g，100g，66.7g，57.1g，50g，40g不等量的铜，调节pH至4.6左右。快搅(300r/min)20min，慢搅(50r/min)40min。静置2h，测定CODcr和盐度，计算去除率。试验结果如图2所示。01002003004005003840424446485052545658COD去除率盐度去除率铁屑投加量/g去除率/%0246810121416182022242628去除率/%图1铁投加量与去除率的关系(铁水比)Fig.1Therelationshipofirondosageandremovalrate(ratioofironandwater)204060801001201401601802002202030405060COD去除率盐度去除率铜投加量/g去除率/%1618202224262830去除率/%图2铜投加量与去除率的关系Fig.2Therelationshipofcopperdosageandremovalrate由图2可以看出，随着铜投加量的增加，COD去除率基本稳定在50%左右；盐度去除率基本稳定在23%左右；所以在本试验条件下，铜的适宜投加量为57g，即适宜铁铜比为3.5∶1。在此单因素试验中，仍然是铁、铜构成的原电池起主要作用。从曲线图2可以看出，COD与盐度去除率基本稳定在相应水平，相差不大，即铜的投加量对二者去除率无明显影响，可以推测：铁、铜构成的原电池饱和体系中对铜的需求较少。2.2.3pH对处理效果的影响因为催化铁内电解反应在酸性条件下明显优于碱性条件，故本单因素试验主要考虑酸性条件下pH对COD与盐度处理效果的影响。取9个1000mL烧杯，均量取300mL附子中药废水，分别加入100g铁屑、35g铜，用H2SO4调节pH为2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0。快搅(300r/min)20min，慢搅(50r/min)40min。静置2h，测定CODcr和盐度，计算去除率。试验结果如图3所示。由图3可以看出，不同pH下的COD去除率和盐度去除率相差明显，分别在35%~70%和15%~35%之间波动。随着pH的升高，二者去除率均呈下降趋势，可见越偏酸性条件下处理效果越好。pH达5.4左右之后，COD去除率与盐度去除率下降并逐渐趋于稳定，在酸性条件下，有大量的H+存在，铁更容易失去电子，以离子形式存在于溶液中，氧化有机物，使内电解反应充分进行。而随着pH值的升高，向偏碱性的条件发展时，新生态的[H]和Fe2＋减少，内电解反应不充分，因此去除率均下降。鉴于废水水质情况，考虑处理效果及经济因素，将反应水质pH调至4.5。2.2.4搅拌时间对处理效果的影响取6个1000mL烧杯，均量取300mL附子中药废水，分别加400g铁屑、70g铜，调节pH至4.6左右。搅拌不等时间(分别为0min，20min，40min，60min，80min，100min)静置2h，测定CODcr和盐度，计算去除率。试验结果如图4所示。1.01.52.02.53.03.54.04.55