鐵碳微電解預(yù)處理有機硅廢水的應(yīng)用研究

劉超斌 張丹 劉喆

【摘 要】采用鐵碳微電解工藝處理有機硅廢水，研究鐵碳微電解作為預(yù)處理單元的優(yōu)勢及其反應(yīng)動力學(xué)方程。研究表明：鐵碳微電解在處理含有較多揮發(fā)性物質(zhì)的有機硅廢水時，比單級Fenton法具有更好的處理效果和更低的處理費用，而且它在處理有機硅廢水的反應(yīng)動力學(xué)模型符合一級反應(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。

【關(guān)鍵詞】鐵碳微電解;Fenton;有機硅廢水;反應(yīng)動力學(xué)

中圖分類號： X703 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）23-0246-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.117

【Abstract】The treatment of organosilicon wastewater by iron-carbon microelectrolysis was carried out to study the advantages of iron-carbon microelectrolysis as a pretreatment unit and its reaction kinetic equation.Studies have shown that iron-carbon microelectrolysis has better treatment effect and lower processing cost than single-stage Fenton method in the treatment of silicone wastewater containing more volatile materials，and its reaction kinetics in the treatment of organosilicon wastewater.The model conforms to the first-order reaction，and its reaction equation is y=2271e-0.00356x，and the reaction rate constant is 0.00356min-1.

【Key words】Iron-carbon microelectrolysis;Fenton;Silicone wastewater;Reaction kinetics

有機硅具有絕熱、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，我國已成為有機硅產(chǎn)品的生產(chǎn)和消費的大國之一[1]。同時，有機硅生產(chǎn)廢水的排放量也在快速增長，對環(huán)境的壓力也日益增大。有機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[2]，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硅生產(chǎn)車間的生產(chǎn)廢水，目前該有機硅生產(chǎn)車間廢水采用以A/O法為主的生物處理，進水處通過石灰石初步調(diào)節(jié)pH，后進入調(diào)節(jié)池添加液態(tài)氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH，經(jīng)過混凝沉淀后進入水解酸化，達到生化處理要求。但有機硅廢水中含有生物毒性和難生物降解物質(zhì)，會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[3]。

本研究采用實際廢水，廢水取自荊州市某化工有限公司有機硅生產(chǎn)車間。根據(jù)廢水低pH高鹽等特點，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)點及其降解動力學(xué)，為有機硅廢水預(yù)處理處理提供一條可行的途徑。

1 實驗部分

1.1 實驗水質(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。廢水中的主要有機物為三氯甲烷、硅醇和硅醚等;主要無機物為HCl。其水質(zhì)特征：COD2280～2450mg/L，pH1.85～2.3，NH3-N70～78mg/L。

1.2 實驗裝置

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，零價鐵填料為鐵刨花（取自荊州某機械加工廠）。曝氣體積流量為3L/min，反應(yīng)時間為3h。

1.3 實驗方法

微電解實驗之前用5L有機硅廢水浸泡活性炭，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采用重鉻酸鉀法測定;pH采用電極法測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 鐵碳微電解與芬頓對有機硅廢水預(yù)處理的對比

兩種預(yù)處理工藝對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去除率達到了44.9%，可生化性達到了0.29，達到生化處理范圍，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去除率只達到35.5%，但可生化性明顯升高，對于后續(xù)生化處理具有明顯的幫助。王云波[4]等運用二級Fenton氧化預(yù)處理有機硅廢水，COD去除率達到了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。

2.2 動力學(xué)分析

微電解過程中，COD、pH隨時間變化如圖2。通過對數(shù)據(jù)進一步分析探究其反應(yīng)動力學(xué)降解機理。

在處理成分復(fù)雜的工業(yè)廢水時，很難對于其中的單一成分進行動力學(xué)分析，經(jīng)鐵碳微電解氧化后，以COD綜合指標為分析對象進行鐵碳微電解氧化動力學(xué)分析[5]。以Ct、-ln（Ct/C0）、-（1/C0-1/Ct）對時間t作圖（其中C0是初始濃度，Ct是t時刻濃度），進行線性擬合并得出其相關(guān)系數(shù)，得到零級、一級和二級反應(yīng)動力學(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[6-7]探究鐵碳微電解處理有機物時，發(fā)現(xiàn)其降解動力學(xué)多符合低級反應(yīng)。在處理有機硅廢水時，零級、一級和二級反應(yīng)動力學(xué)線性擬合相關(guān)系數(shù)相差不大，由此判定為一級反應(yīng)。

一級反應(yīng)動力學(xué)模型為：Ct=C0e-kt。通過Origin軟件對COD隨時間變化關(guān)系進行模型擬合。

擬合模型為：y=a*e-bx

得到一級反應(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硅廢水的反應(yīng)動力學(xué)可以采用一級反應(yīng)較好的擬合。

3 結(jié)論

考察了“鐵碳微電解法”在預(yù)處理有機硅廢水時的特點及優(yōu)勢。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)的有機硅廢水，在處理有機廢水時其降解動力學(xué)符合一級反應(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。

【參考文獻】

[1]張愛霞，陳莉，李文強，等.2017年國內(nèi)有機硅進展[J].有機硅材料，2018，32（3）：229～255.

[2]幸松民.有機硅合成工藝及產(chǎn)品應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[3]郭俊，胡曉東，石云峰，等.鐵碳微電解-Fenton氧化預(yù)處理頭孢菌素廢水應(yīng)用性研究[J].水處理技術(shù)，2015，02：113-116.

[4]王云波，譚萬春，鄭思鑫，等.二級Fenton氧化高濃度有機硅廢水研究[J].環(huán)境工程學(xué)報，2010，4（4）.

[5]馮可，李鳳，陳葉萍，等.臭氧預(yù)處理二硝基重氮酚工業(yè)廢水動力學(xué)[J].水處理技術(shù)，2018，10（44）.