鐵碳微電解預(yù)處理有機(jī)硅廢水

　　有機(jī)硅具有絕熱、絕緣、耐腐蝕和優(yōu)良的表面活性等特性，是一類重要的化工產(chǎn)品，需求量日益增加，產(chǎn)品類型也不斷豐富，至2017年，我國(guó)已成為有機(jī)硅產(chǎn)品的生產(chǎn)和消費(fèi)的大國(guó)之一。同時(shí)，有機(jī)硅生產(chǎn)廢水的排放量也在快速增長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境的壓力也日益增大。有機(jī)硅廢水具有組成成分復(fù)雜，并且pH低、氯離子和含鹽量高，具有生物毒性和難生物降解等特點(diǎn)，具有較高的處理難度。

　　本研究水樣來自荊州市某化工有限公司有機(jī)硅生產(chǎn)車間的生產(chǎn)廢水，目前該有機(jī)硅生產(chǎn)車間廢水采用以A/O法為主的生物處理，進(jìn)水處通過石灰石初步調(diào)節(jié)pH，后進(jìn)入調(diào)節(jié)池添加液態(tài)氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH，經(jīng)過混凝沉淀后進(jìn)入水解酸化，達(dá)到生化處理要求。但有機(jī)硅廢水中含有生物毒性和難生物降解物質(zhì)，會(huì)抑制微生物的處理效率，所以需要通過預(yù)處理減少有生物毒性物質(zhì)并且提高可生化性，以此提高后續(xù)生化處理效率。

　　本研究采用實(shí)際廢水，廢水取自荊州市某化工有限公司有機(jī)硅生產(chǎn)車間。根據(jù)廢水低pH高鹽等特點(diǎn)，采用鐵碳微電解預(yù)處理，提高可生化性。旨在探究鐵碳微電解作為預(yù)處理工藝的優(yōu)點(diǎn)及其降解動(dòng)力學(xué)，為有機(jī)硅廢水預(yù)處理處理提供一條可行的途徑。

　　1、實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

　　廢水取自荊州市某化工有限公司，該廢水有刺激性氣味，色度較低，近似透明，有明顯白色懸浮物。廢水中的主要有機(jī)物為三氯甲烷、硅醇和硅醚等，主要無機(jī)物為HCl。其水質(zhì)特征：COD2280~2450mg/L，pH1.85~2.3，NH3-N70~78mg/L。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

　　鐵碳微電解裝置的有效容積為10L，鐵碳含量為460g/L，鐵碳比約為1:1，填充比為80%。碳填料為顆粒狀活性炭，零價(jià)鐵填料為鐵刨花(取自荊州某機(jī)械加工廠)。曝氣體積流量為3L/min，反應(yīng)時(shí)間為3h。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)方法

　　微電解實(shí)驗(yàn)之前用5L有機(jī)硅廢水浸泡活性炭，浸泡兩天，每8h更換一次，將鐵刨花10%NaOH煮沸5min，待冷卻后用5%硫酸活化5min。加入5L廢水，并且曝氣反應(yīng)3h。

　　1.4 分析方法

　　COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定，pH采用電極法測(cè)定。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 鐵碳微電解與芬頓對(duì)有機(jī)硅廢水預(yù)處理的對(duì)比

　　兩種預(yù)處理工藝對(duì)COD的去除效果。

　　由上表1可知，原水經(jīng)微電解反應(yīng)3h后，COD去除率達(dá)到了44.9%，可生化性達(dá)到了0.29，達(dá)到生化處理范圍，pH也提升到了5.8，為后續(xù)調(diào)節(jié)減少成本。相比之下，經(jīng)過Fenton氧化后，COD去除率只達(dá)到35.5%，但可生化性明顯升高，對(duì)于后續(xù)生化處理具有明顯的幫助。王云波等運(yùn)用二級(jí)Fenton氧化預(yù)處理有機(jī)硅廢水，COD去除率達(dá)到了89.2%，具有較明顯預(yù)處理效果。但其酸堿的加量過大，綜合處理成本上考慮，鐵碳微電解具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　2.2 動(dòng)力學(xué)分析

　　微電解過程中，COD、pH隨時(shí)間變化如圖2。通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析探究其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)降解機(jī)理。

　　在處理成分復(fù)雜的工業(yè)廢水時(shí)，很難對(duì)于其中的單一成分進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，經(jīng)鐵碳微電解氧化后，以COD綜合指標(biāo)為分析對(duì)象進(jìn)行鐵碳微電解氧化動(dòng)力學(xué)分析。以Ct、-ln(Ct/C0)、-(1/C0-1/Ct)對(duì)時(shí)間t作圖(其中C0是初始濃度，Ct是t時(shí)刻濃度)，進(jìn)行線性擬合并得出其相關(guān)系數(shù)，得到零級(jí)、一級(jí)和二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)線性擬合相關(guān)系數(shù)分別為0.91、0.96和0.98。有研究者探究鐵碳微電解處理有機(jī)物時(shí)，發(fā)現(xiàn)其降解動(dòng)力學(xué)多符合低級(jí)反應(yīng)。在處理有機(jī)硅廢水時(shí)，零級(jí)、一級(jí)和二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)線性擬合相關(guān)系數(shù)相差不大，由此判定為一級(jí)反應(yīng)。

　　一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型為：Ct=C0e^-kt。通過Origin軟件對(duì)COD隨時(shí)間變化關(guān)系進(jìn)行模型擬合。

　　擬合模型為：y=a*e^-bx

　　得到一級(jí)反應(yīng)方程式為y=2271e^-0.00356x，反應(yīng)速率常數(shù)為0.00356min^-1，擬合相關(guān)度為0.96，說明鐵碳微電解處理有機(jī)硅廢水的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)可以采用一級(jí)反應(yīng)較好的擬合。

　　3、結(jié)論

　　考察了野鐵碳微電解法冶在預(yù)處理有機(jī)硅廢水時(shí)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。在預(yù)處理中，鐵碳微電解相比Fenton具有更好的處理效果和更低的處理成本，鐵碳微電解更適合處理含揮發(fā)性物質(zhì)的有機(jī)硅廢水，在處理有機(jī)廢水時(shí)其降解動(dòng)力學(xué)符合一級(jí)反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為y=2271e^-0.00356x，反應(yīng)速率常數(shù)為0.00356min^-1。（來源：湖北荊州環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)有限公司，長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院）