張巍
(廈門綠動力環(huán)境治理工程有限公司,福建 廈門 361009)
常見的工業(yè)有機(jī)廢水處理工藝主要是芬頓工藝,其具有反應(yīng)速度快、裝置簡便、降解有機(jī)物效率高等特點(diǎn)[1],但其氧化后調(diào)節(jié)pH 值導(dǎo)致了大量含鐵污泥的產(chǎn)生。當(dāng)H2O2加藥量提高時,鐵鹽加藥量也對應(yīng)增大,使鐵鹽試劑成本增加,并且將產(chǎn)生大量的鐵鹽污泥,導(dǎo)致后續(xù)處理污泥量增大。
類芬頓工藝是將光催化技術(shù)、電化學(xué)反應(yīng)、超聲技術(shù)等與傳統(tǒng)芬頓工藝結(jié)合,不但能解決傳統(tǒng)芬頓工藝的不足,還能有效結(jié)合各技術(shù)的優(yōu)勢,達(dá)到處理廢水的目的[2]。電芬頓工藝是采用電化學(xué)法,使Fe2+和H2O2持續(xù)反應(yīng),兩者生成羥基自由基(·OH),將有機(jī)物直接氧化降解[3]。與傳統(tǒng)芬頓工藝相比,電芬頓工藝可原位產(chǎn)生H2O2或Fe2+,而且藥劑利用率高。
還原電芬頓工藝是在初始階段加入一定量的亞鐵離子催化H2O2產(chǎn)生·OH,將有機(jī)物氧化,再通過電化學(xué)作用,將Fe3+還原為Fe2+,實現(xiàn)了鐵鹽催化劑的循環(huán)利用,減少反應(yīng)后污泥的產(chǎn)量,同時提高了COD 的去除效率。
還原電芬頓工藝可提高COD 的去除率,減少鐵鹽污泥的產(chǎn)生,減少占地面積。還原電芬頓工藝采用電化學(xué)反應(yīng),將Fe3+還原為Fe2+,減少鐵鹽催化劑的的投加量,從而減少了后續(xù)反應(yīng)中鐵鹽污泥的產(chǎn)生,既可減少污泥的處理費(fèi)用,又可減少鐵鹽藥劑的費(fèi)用。
還原電芬頓工藝?yán)藐帢O極板提供電子,將Fe3+還原為Fe2+,反應(yīng)方程式如下:
Fe3++e →Fe2+
H2O+2e →H2+OH-
根據(jù)上述方程式可以看出,當(dāng)電流密度過大時,會產(chǎn)生氫氣,當(dāng)氫氣大量產(chǎn)生時,會導(dǎo)致pH 值上升,不利于芬頓反應(yīng)的發(fā)生,所以要通過控制電流密度大小或調(diào)節(jié)反應(yīng)過程pH 值來加大芬頓反應(yīng)的效率。
廢水匯集到廢水收集池,然后通過水泵進(jìn)入pH調(diào)節(jié)池后,進(jìn)入還原電芬頓反應(yīng)系統(tǒng),經(jīng)過還原電芬頓系統(tǒng)處理后的出水進(jìn)入中和池,在中和池中進(jìn)行pH 值的調(diào)節(jié),上清液達(dá)標(biāo)排放,鐵鹽污泥進(jìn)入污泥池完成后續(xù)處理。工藝流程見下圖。
pH 調(diào)節(jié)池主要控制參數(shù)為廢水pH 值。還原電芬頓系統(tǒng)主要控制參數(shù)為電流電壓和H2O2的加藥量。
還原電芬頓工藝與傳統(tǒng)芬頓工藝一樣,反應(yīng)pH值在3—4 時可達(dá)到較好的處理效果。當(dāng)pH 值過高時,將發(fā)生以下反應(yīng):
O2+H2O+4e →4OH-
當(dāng)反應(yīng)pH 值過低時,會使溶液酸性過高,發(fā)生以下反應(yīng):
·OH+H++e →H2O
上述反應(yīng)會造成·OH 被過度消耗,增大了H2O2的消耗或降低了反應(yīng)效率。
當(dāng)電流密度過大時,還原電芬頓陰極會產(chǎn)生大量的氫氣,將導(dǎo)致反應(yīng)體系pH 值升高,不利于芬頓反應(yīng)的進(jìn)行。而當(dāng)電流密度較低時,電流對反應(yīng)體系的作用較小,效果不明顯,而且對Fe3+的還原作用較小,達(dá)不到鐵鹽的循環(huán)利用。
對于電芬頓系統(tǒng)來說,電壓為電化學(xué)反應(yīng)提供動力。外加電壓高于分解電壓時,電芬頓反應(yīng)才能發(fā)生[4]。但當(dāng)電壓過高時,電能消耗增大,能耗過高。
還原電芬頓工藝是一種新技術(shù),其對于處理高濃廢水有較好的效果,同時對污水色度的去除率也很高,接近完全脫色。與傳統(tǒng)芬頓工藝相比,還原電芬頓工藝可減少70%的鐵泥產(chǎn)量,其具有加藥量低、反應(yīng)效率高、產(chǎn)泥量低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn),也可應(yīng)用于難降解的有機(jī)廢水、印染廢水等廢水的處理。