它是煤焦油焦化行業(yè)的重要產(chǎn)品之一。隨著工業(yè)對煤焦油產(chǎn)品需求的增加，加氫技術(shù)改造得到的煤焦油產(chǎn)品的應(yīng)用前景越來越明朗。這種加氫技術(shù)得到的煤焦油不僅具有傳統(tǒng)煤焦油的所有基本特征，而且為石油產(chǎn)品的其他加工方法提供了一種新思路。和傳統(tǒng)方式一樣，也對環(huán)境造成很大的污染。煤焦油處理的廢水通常含有苯酚、苯胺、吡啶、喹啉、苯并芘等有機(jī)物和其他毒性很大的無機(jī)物。目前，越來越多的研究者開始研究如何更好地減少這類廢水的污染，從而更好地保護(hù)環(huán)境。煤焦油加氫廢水與傳統(tǒng)的焦化廢水即酚氰廢水既有相似之處，又有很大的區(qū)別。除了兩者都含有較高的氰化物和氨氮外，煤焦油加氫廢水中揮發(fā)酚、吲哚、苯并芘(a)、萘茚和油的含量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)焦化廢水。其中，高溫煤焦油加氫廢水來自高溫煤焦油加氫工藝的三個(gè)工段，即減壓蒸餾、冷低溫脫鹽水和穩(wěn)壓塔回流罐。這種物質(zhì)在正常環(huán)境下很難降解，毒性很強(qiáng)。因此，在處理這類廢棄物時(shí)，需要大大降低其對環(huán)境和生物的危害。只有其預(yù)處理達(dá)到一定程度后，才能進(jìn)入生化階段。微電解已應(yīng)用于制藥、印染、化工等行業(yè)。本文重點(diǎn)研究了鐵炭微電解的降解方式以及對高溫煤焦油加氫廢水中污染物的去除效果，以期為高溫煤焦油加氫廢水的處理提供有效途徑。

一.實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料和水

實(shí)驗(yàn)材料為常規(guī)鐵碳填料，規(guī)格為3cm×5cm，產(chǎn)品密度為1.2t/m3，物理強(qiáng)度不低于1000kg/cm2。

實(shí)驗(yàn)用水取自黑龍江省七臺河市某焦化廠的實(shí)際高溫煤焦油加氫廢水，來自高溫煤焦油加氫工藝的三個(gè)工段，即減壓蒸餾、冷低溫脫鹽水和穩(wěn)壓塔回流罐。原水的CODCr約為45000 ~ 48000mg/l。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

將預(yù)處理后的鐵碳填料放入1000mL燒杯中，加入500mL實(shí)驗(yàn)用水，在室溫(25℃左右)下反應(yīng)，并保持?jǐn)嚢?。?yán)格控制鐵碳用量、反應(yīng)時(shí)間、pH值和曝氣量。反應(yīng)后，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)出水pH值至堿性，沉淀懸浮物后取上清液測定CODCr值。

1.3分析和測試方法

pH值用玻璃電極法測定，CODCr用重鉻酸鹽法GB 11914-89測定。

二。結(jié)果和討論

2.1鐵炭微電解實(shí)驗(yàn)

2.1.1鐵和碳的最佳用量

初始pH值為3.0±0.1，反應(yīng)時(shí)間為1h，曝氣量為1.5L/min，在200~700g/L范圍內(nèi)依次改變鐵碳用量，研究不同鐵碳用量下CODCr去除率的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

從圖1中可以看出，CODCr的去除率并不是隨著鐵和碳含量的增加而單調(diào)變化，而是在大于600g/L時(shí)下降..這說明鐵和碳越多越好。這是因?yàn)榉磻?yīng)產(chǎn)生的氫離子與過量的鐵反應(yīng)。從圖1中可以看出，當(dāng)鐵碳投加量為600g/L時(shí)，CODCr的去除率達(dá)到32.87%，這在現(xiàn)有條件下是一個(gè)很高的值。當(dāng)鐵的投加量大于600g/L時(shí)，CODCr的去除率下降，說明過多的鐵與反應(yīng)生成的氫氣發(fā)生反應(yīng)，阻礙了CODCr去除率的進(jìn)一步提高。因此，有必要選擇合適的鐵和碳量，以確保去除率能夠維持在較高的值。我們這里的結(jié)論與王躍的研究結(jié)果是一致的，其中采用鐵炭微電解法處理模擬有機(jī)廢水，COD去除率可以達(dá)到30%以上。

最佳反應(yīng)時(shí)間

最佳鐵炭含量為600g/L，初始pH為3.0±0.1，曝氣量為1.5L/min，考察了反應(yīng)時(shí)間為0.5、1.0、1.5、2.0、3.0和4.0h對CODCr去除率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

分析了反應(yīng)時(shí)間與CODCr去除率的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)t : 2h時(shí)t<，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，CODCr的去除率基本穩(wěn)定并有緩慢下降的趨勢。這是因?yàn)殍F碳材料表面由于微電解的電團(tuán)聚而不易反應(yīng)，電解難以發(fā)揮。氫離子過多會消耗大量的鐵，對電解也是不利的。因此，最佳反應(yīng)時(shí)間為2h。這與羅劍飛的研究結(jié)果是一致的。

2.1.3更好的pH值

結(jié)合2.1.1和2.1.2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考察了鐵炭投加量為600g/L、反應(yīng)時(shí)間為2h、曝氣量為1.5L/min時(shí)，初始pH為1.5、2.0、2.5、3.0、3.5和4.0對CODCr去除率的影響。實(shí)驗(yàn)

從圖3可以看出，初始ph : 3時(shí)，CODCr的去除率隨著ph值的升高而降低。這是因?yàn)殡S著酸性環(huán)境的逐漸減弱，鐵碳微電解過程中驅(qū)動微電解反應(yīng)的電位差逐漸減小，削弱了鐵碳微電解的效果。同時(shí)，隨著pH值的升高，填料中鐵的溶解速度會逐漸變慢，在這個(gè)過程中會產(chǎn)生大量的Fe(OH)2，導(dǎo)致微電解難以繼續(xù)進(jìn)行。從上面可以看出，最適初始pH為3，與柴豆的研究結(jié)果一致。

2.1.4更好的通氣率

結(jié)合2.1.1、2.1.2和2.1.3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考察了當(dāng)鐵碳投加量為600g/L，反應(yīng)時(shí)間為2h，pH值為3±0.1時(shí)，曝氣量為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0L/min對CODCr去除效率的影響。

在圖4中，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)曝氣量為0~2.0L/min時(shí)，CODCr的去除率隨著曝氣量的增加而增加。隨著曝氣量的增加，廢水中的氧含量增加，增加了還原反應(yīng)的反應(yīng)電位。這個(gè)過程會加劇微電解反應(yīng)。在攪拌過程中加入適量的氣體會增加整體的攪拌效果，使加入的鐵和碳更好的溶解并與廢水充分接觸，從而使微電解反應(yīng)更充分的發(fā)生[17]。當(dāng)曝氣量達(dá)到2.0L/min時(shí)，水中氧含量趨于飽和，CODCr去除率基本穩(wěn)定。當(dāng)曝氣量大于2.0L/min時(shí)，CODCr去除率可達(dá)35.62%，曝氣量對去除率的影響將達(dá)到飽和狀態(tài)，此時(shí)氣體基本不會促進(jìn)微電解反應(yīng)。與前面的鐵碳量和反應(yīng)時(shí)間一樣，曝氣量的選擇也需要一個(gè)合理的范圍，以保證較大的去除率。曝氣量為2.0L/min，CODCr去除率為35.51%。

在前期研究中，牛紅蘭采用次氯酸鈉氧化法預(yù)處理初始CODCr為2248mg/L的焦化廢水，CODCr去除率為36.1%。李采用臭氧氧化法對初始COD為2080mg/L的焦化廢水進(jìn)行預(yù)處理，CODCr去除率為26.9%。在連續(xù)通入空氣的條件下，用超聲波-紫外線法對初始CODCr為3529.25mg/L的程瑞焦化廢水輻照180min，CODCr降解率達(dá)到30.7%。田采用微電解法預(yù)處理初始COD為3500mg/L的焦化廢水，COD去除率為20.2%。與焦化廢水相比，高溫煤焦油加氫廢水污染物更復(fù)雜，濃度更高。之前我們采用微電解法預(yù)處理初始CODCr為2531mg/L的低濃度高溫煤焦油加氫廢水，CODCr去除率達(dá)到59.3%。本實(shí)驗(yàn)中，未經(jīng)稀釋處理的高濃度高溫煤焦油加氫廢水CODCr去除率仍可達(dá)到35.78%。因此，鐵炭微電解對高溫煤焦油加氫廢水中污染物的降解效果相當(dāng)可觀。

2.2正交實(shí)驗(yàn)

微電解處理的效果是多種相關(guān)條件共同作用的結(jié)果，因此需要了解每種條件的最佳選擇范圍。本文通過正交試驗(yàn)，確定了高溫煤焦油加氫廢水處理中各影響條件的合理取值范圍。影響鐵微電解預(yù)處理效果的主要因素有:鐵炭投加量、反應(yīng)時(shí)間、初始pH和曝氣量。選用L9(34)正交表，正交設(shè)計(jì)見表1，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

從表2可以看出，影響CODCr去除率的因素有初始pH、鐵碳投加量、反應(yīng)時(shí)間、曝氣量，最佳工藝參數(shù)組合為A2B3C1D2，即鐵碳投加量為600g/L，初始pH為2，反應(yīng)時(shí)間為3.0h，曝氣量為2.0L/min。

三。結(jié)論

(1)研究結(jié)果表明，鐵炭微電解預(yù)處理高溫煤焦油加氫廢水是可行的，影響CODCr去除率的主要因素是初始pH、鐵炭投加量、反應(yīng)時(shí)間和曝氣量。

(2)正交試驗(yàn)結(jié)果表明，鐵炭微電解法處理高溫煤焦油加氫廢水的最佳工藝為:鐵炭投加量600g/L，初始pH為2，反應(yīng)時(shí)間為3.0h，曝氣量為2.0L/min。在此條件下，可獲得良好的處理效果，CODCr去除率可達(dá)35.78%。(來源:黑龍江科技大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院)

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