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粒子电极法深度处理焦化废水实验

文档作者：张春华张娜文档来源：河北省唐山水文水资源勘测局		点击数：	更新时间： 2021年08月08日
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第27卷第3期
2011年5月
水资源保护
WATER RES0URCES PR rECn0N
V01．27 No．3
Mav 2011
DOI：10．3969／j．issn．1004—6933．2011．03．018
粒子电极法深度处理焦化废水实验
张春华，张娜
(河北省唐山水文水资源勘测局，河北唐山063000)
摘要：对粒子电极法在焦化废水三级处理工艺方面的应用进行实验。结果表明：在电解电压12V、电解时间
40rain、活性炭加入少量玻璃珠粒子电极条件下，粒子电极法对焦化废水二级处理出水的COD去除率可达到
70％ 。
关键词：粒子电极；深度处理；焦化废水；实验研究
中图分类号：X756 文献标识码：B 文章编号：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
焦化工业产生的工业废水污染物种类繁多，是
典型的含有芳香族化合物及杂环化合物且较难降解
的有毒有害高浓度有机废水，目前国内所采用的焦
化废水处理系统多为一级处理工艺或二级处理工
艺⋯1。一级处理工艺指的是包括蒸氨、脱酚、终冷水
脱氰等工艺；二级处理工艺主要指对酚氰污水的无害
化处理，主要以传统活性污泥法为主，以及以A—O法
及其衍生方法(A．A．0、A一0 0等)为代表的生化处理
工艺；三级处理工艺是对生化处理后的污水进行深度
处理，如活性炭吸附、炭一生物膜法、氧化塘法等。
粒子电极法是针对传统的双电极法进行的改进
方法，具体是指在传统的二维电解电极间填充粒状
电极材料，使之带电，并在材料表面发生电化学反应
的电化学处理方法E2j。相对于传统的双电极法，其
优点是显著增大了电解电极的体表面积，有效提高
了电化学效率，适用于电导率较低的有机污水处理，
处理效果得到显著改善。笔者研究的是一种采用粒
子电极深度处理焦化废水的电化学处理方法l3j，初
步探讨了多种因素对粒子电极法去除焦化废水中的
COD的影响，为实际应用提供了参考依据。
2 实验
2．1 实验用水
实验用水取自某焦化厂A．0二级处理装置出
水，p(COD)为260—335mg／L；pH值6～7。
2．2 实验装置
由自制有机玻璃水槽、铝板主电极、自制聚四氟
作者简介：张春华(1980一)，女(满族)，河北唐山人，工程师，主要从事水文水资源及水环境研究工作。E-mail：sprin~inda@l63．con
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曝气分配板、曝气管组成的电解槽(主电极面积为
100mill×100lTlnq，主电极间距200[I'IITI)；SB一348A型气
泵；填充粒子电极(玻璃珠、吸附饱和活性炭粒)；调
压变压器等组成。电解槽装置如图1所示。
图1 电解槽装置示意图
2．3 粒子电极处理
活性炭粒用去离子水清洗并煮过后，放入到实
验用水中浸泡24 h，过滤后继续用实验用水浸泡
24h，以保证活性炭的吸附饱和，不对电解反应结果
造成影响。
2．4 实验原理
采用活性炭作为粒子电极对焦化废水进行电解
处理以提高电解去除效率的主要原理是，随着粒子
电极的加入，增大了电极体表面积，同时活性炭对有
机物有较好的富集作用。加入粒子电极，可以有效
地减小反应物在电极间的迁移距离，从而显著提高
电解去除效率。
主电极间施加足够的电解电压，使分布在主电
极键的粒子电极带电形成独立的立体电解，每个粒
子电解两端均发生电化学氧化一还原反应，产生大量
具有强氧化性的HO·，电解体系中的有机物在HO·
作用下快速发生氧化反应及自由基链反应，使有机
物得以快速降解l 。
电极反应如下：
02+2H +2e— H202 (1)
H202—— HO·+OH一 (2)
2．5 实验方法
首先用重铬酸钾回流法准确测定实验用水的
COD浓度值；取实验用水1 000mL加入到电解槽中，
填充粒子电极，通电、调压，进行电解，同时进行曝
气，通气量1 L／min，记录电解时问和电解电压；完成
后对过滤后的出水采用重铬酸钾回流法测定其
COD浓度值，计算COD去除率。
3 实验因素对COD去除率的影响
3．1 空曝实验
首先进行了不加任何粒子电极的空曝实验，结
果表明，单纯曝气对COD去除率小于2％，故实验中
可忽略曝气因素造成的影响。
3．2 电解电压
在填充活性炭与玻璃珠体积比为2：1的条件
下，分别采用3、5、8、10、12、15、l8、20V电解电压进
行处理，电解时间30min，测定COD去除率，结果如
图2所示。
图2 电解电压对COD去除率的影响
由图2可见，COD去除率随电解电压的提
高而呈现增大趋势，但电压超过12 V后增大趋势趋
缓，最佳的电解电压为12V左右。
一般来说，电解液相与粒子电极之间的电位差
是电化学反应的驱动力。电位差越大，电极反应速
率越大，但副反应发生的几率和速率也随之增大，如
阳极析氧和阴极析氢反应，主电极的腐蚀反应等l5』。
3．3 电解时间
在电解电压为12 V、填充粒子为活性炭与玻璃
珠，其体积比为2：1的条件下，分别采用l0、l5、20、
25、30、35、40、45、60、90min电解时间进行处理，测定
出水的COD去除率，如图3所示。
料
凸
0
rJ
电解FI$ft~J／min
图3 电解时间对COD去除率的影响
由图3可见，COD去除率随电解时间的增加而
呈现增大趋势，电解40 min以后去除率趋势趋于平
缓，这主要是由于初始体系内的COD浓度较高，浓
差极化影响并不显著，随着电解时间的增加，COD
浓度的下降，浓差极化的影响加强。最佳的电解时
间为40min。
3．4 活性炭与玻璃珠体积比
在电解电压为l2V、电解时间为5—60min条件
下，活性炭与玻璃珠体积比分别采用纯活性炭、2：1、
1：1、1：2、这4种情况进行处理，测定COD去除率，
· 73 ·
对比结果如图4所示。
料
篮
-
0
0
rJ
电解时fnJ／min
图4 活性炭与玻璃珠体积比对COD去除率的影响
由图4可见，加入少许玻璃珠会对电解效果有
积极影响，但玻璃珠的比例过大会降低电解效果。
这主要是因为纯粹的活性炭粒子会在电解槽底部聚
积，形成短路电流，从而降低了电流效率。玻璃珠是
绝缘体，可阻碍短路电流的形成，从而提高了电流效
率。但由于玻璃珠与活性炭密度差别较大，随着电
解时间的增加会形成分层，从而降低玻璃珠阻碍电
解电流形成的效果，故可考虑使用密度与活性炭相
近的绝缘体作为共同填料。
3．5 pH值
在一般情况下，pH值是电解去除COD的重要
影响因素之一。但作为焦化污水的三级处理工艺，
在电解处理环节调节pH值显然存在成本问题；又
因为进水pH值变化不大，电解法去除COD的效果
没有显著的下降，所以暂不对pH值对COD去除率
的影响进行研究。
4 结论
a．从实验结果可见，电解电压和电解时间是影
响COD去除率的主要影响因素。电解电压的增大，
粒子电极表面产生HO·必然有所增大，粒子电极表
面的直接氧化作用更加显著，COD去除率将增大，
然而随着电流的进一步增大，水的电解反应加剧，将
析出氢气和氧气，导致COD去除效率降低，得到最
佳条件：电解电压l2V；电解时问40min。
b．在活性炭与玻璃珠体积比为2：1的条件下，
实验效果最佳。活性炭的比例越大，其活性表面将
越大，吸附有机物的效果将越好，越有利于在其表面
发生的有机物氧化反应，进而COD的去除效果将更
佳；然而若活性炭积聚在电解槽底部，导致在底部形
成短路，使电解槽的效率下降，所以应加人少许绝缘
体阻断短路电流，并进行机械搅拌或曝气搅拌。
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(收稿13期：2010—04—16 编辑：高渭文)
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