Ti-SnO2電解快速去除熄焦循環(huán)水中 COD

第25卷第2期中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報Vol.25 No.22015年4月JOURNAL OF EMCCApr. 201510.13358/j.issn.1008- -813x.2015.02.12Ti- SnO2電解快速去除熄焦循環(huán)水中COD郭愛(ài)紅'，胡金山'，程艷波2，劉陽(yáng)'，祝悅(1.河北聯(lián)合大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院環(huán)境工程系，河北唐山063009;2.唐山佳華煤化工有限公司，河北唐山063611))摘要:以Ti-SnO2電極作為陰陽(yáng)極，利用電解池對焦化廠(chǎng)熄焦循環(huán)水COD進(jìn)行去除。極板間距為1 cm，6個(gè)極片組成電解池，處理熄焦循環(huán)水。實(shí)驗結果表明:廢水被稀釋1倍時(shí),污染物的濃度有利于COD的去除;最佳去除條件是電解電壓為11 V, pH值為6;當電解時(shí)間為0.5h時(shí)，廢水的COD由230mg/L降低到138mg/L，滿(mǎn)足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準》中規定的焦化生產(chǎn)廢水經(jīng)處理后用于熄焦時(shí)對COD的要求;電解時(shí)間增加到2h，廢水的COD由230mg/L降低到66mg/L，去除率達到80%。關(guān)鍵詞: Ti- -SnO2電極;催化氧化;熄焦循環(huán)水;去除率中圖分類(lèi)號: X703文獻標識碼: A文章編號: 1008-813X(2015 )02- 0040-04COD Quick Removal from Coke Quenching Circulation Water withTi- SnO2 ElectrodeGuo Aihong', Hu Jinshan', Cheng Yanbo', Liu Yang', Zhu Yue'(1. College of Chemical Engineering, Hebei United University, Tangshan Hebei 063009, China;2. Tangshan Jiahua Coal Chemical Industry Co., Ltd, Tangshan Hebei 063611, China)Abstract: Taking Ti- SnO2 as electrodes，quickly degraded the COD of coke quenching wastewa-ter. W hen electrodes spacing was 1 cm, 6 pieces of poles were assembled into electrolytic cell, theresults showed that when coke quenching wastewater diluted twice, the concentration of pollutantswas helpful for COD removal. The best removal conditions were that electrolytic voltage was 11 V,pH was 6. When the electrolysis time was 0.5 h, the COD of coke quenching wastewater reducedfrom 230 mg/L to 138 mg/L, which satisfied the water quality requirements of Emission Standard ofPollutants for Coking Chemical Industry. If the electrolysis time was 2 h, the COD of coke quen-ching wastewater reduced from 230 mg/L to 66 mg/L, the removal ratio was 80%.Key words: Ti -SnO2 electrode; catalytic oxidation; coke quenching circulation water; removalratio熄焦排放的廢水含有焦塵、揮發(fā)酚和氰化物70-80 C。每噸焦炭的平均循環(huán)水用量為4~5 m',等污染物。熄焦后的污水在沉淀池中進(jìn)行沉淀，其中10%~15%被蒸發(fā)，熄焦產(chǎn)生的蒸汽攜帶著(zhù)然后加入生化池出水和清潔水循環(huán)使用，水溫約大量有機物和粉塵污染周?chē)髿猸h(huán)境，并腐蝕設收稿日期: 2015-02-20基金項目:河北省自然基金-鋼鐵聯(lián)合基金《基 于等離子共振效應的Ag@AgX (X=Cl, Br,1)光催化深度處理焦化廢水的研究》(B2014209314);河北省科技支撐項目生態(tài)景觀(guān)水體中污染物去除研究》(2231105)作者簡(jiǎn)介:郭愛(ài)紅(1977- ), 女河北邢臺人，畢業(yè)于南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院環(huán)境功能材料專(zhuān)業(yè)，博士,教授，主要從事新型環(huán)境功能材料的設計與合成方面的研究工作。2015年第2期郭愛(ài)紅胡金山程艷波等Ti-SnO2 電解快速去除熄焦循環(huán)水中COD4備。某焦化廠(chǎng)熄焦循環(huán)水的主要污染物含量及值，確定電解時(shí)極板的問(wèn)距?！稛捊够瘜W(xué)工業(yè)污染物排放標準》GB 16171-2012標準對照值見(jiàn)表1。2+1 cm一2cm_表1 某焦化廠(chǎng)熄焦循環(huán)水的主要污染物含量mg/L每4 em-5 cm指標氨氮HCOD揮發(fā)酚CN-TOC含量51503460110 1.87 276.5標準值25~91500.50 0.20由表1可知，不經(jīng)處理的熄焦廢水，多次循環(huán)熄焦，其水質(zhì)遠遠達不到《煉焦化學(xué)工業(yè)污染0.2 0.4 0.6 0.8 10 1.2 1.4 1.6物排放標準》中規定的焦化生產(chǎn)廢水經(jīng)處理后用于熄焦的水質(zhì)要求叫。以規模為年產(chǎn)焦炭100萬(wàn)t圖1極板問(wèn)距對電解電壓的影響焦化廠(chǎng)為例，酚、氰化物、硫化氫、氨、苯、如圖1所示:極板間距越大，達到相同的電PAHs等有毒氣體的排放量超過(guò)600t，嚴重污染解電流時(shí)所需的電解電壓就越高;1cm間距時(shí)，大氣和周邊環(huán)境4。因此，需要尋找- - 種無(wú)需降和其他間距相比，達到相同的電解電流所需電解溫、快速、工藝簡(jiǎn)單的方法處理熄焦廢水，保證電壓值最低，電催化時(shí)電阻較小;小于1 cm時(shí)，循環(huán)水的質(zhì)量，減少污染物的轉移和排放。焦化廢水電化學(xué)處理技術(shù)在近20年得到了迅間距太近，電解過(guò)程中極片容易接觸，而且電解速的發(fā)展，利用不同的電極材料處理焦化廢水中時(shí)產(chǎn)生的泡沫溢出，影響操作。因此后續實(shí)驗選COD、NH;-N、 酚和氰的成果有很多值得借鑒39,擇陰陽(yáng)極板間距為1em組裝電解池。但是，用Ti- SnO2電極處理熄焦循環(huán)水的研究還未2.1.2 極片個(gè)數的確定見(jiàn)報道。本研究以Ti- SnO.電極作為陰陽(yáng)極，利用選取極板間距為1 em,采用陰陽(yáng)極交替的并電解法對某焦化廠(chǎng)熄焦循環(huán)水進(jìn)行處理，考察了聯(lián)方式，確定最佳極板個(gè)數。取廢水400 ml,用極板間距、極板個(gè)數、污水濃度、pH值、電解電不同個(gè)數的電極和直流電源組成電解池，測定相壓和電解時(shí)間對循環(huán)水COD去除的影響。同電解電流下的電解電壓，考察不同電解池中電1實(shí)驗解電流和電解電壓的關(guān)系。1.1 試劑和儀器重鉻酸鉀基準試劑、鄰菲羅啉、硫酸亞鐵、-4極硫酸亞鐵銨、硫酸銀、濃硫酸均為分析純試劑。安8極板實(shí)驗水樣為某焦化廠(chǎng)~熄焦循環(huán)水。PHS- 3C精密pH計( 上海精密科學(xué)儀器有限公司)、JB-2型恒溫磁力攪拌器( 上海雷磁新經(jīng)儀器有限公司)、紫外可見(jiàn)分光光度計( 上海譜元儀器有限公司)、直流電源(自制， 電流0~3 A)、00.20.40.60.81.01.21.4 1.6Ti- SnO2電極(寶雞市 金得利新材料有限公司)。電流/A圖2電極個(gè)數對電解電壓的影響1.2實(shí)驗內容首先考察極板間距和電解池極片個(gè)數對電解由圖2可知，電解電流相同時(shí)，隨著(zhù)電極個(gè)電壓的影響，確定電解池的極片個(gè)數和極板間數的增加，電解電壓呈下降的趨勢。電解電流為距;取一定量的焦化廢水，稀釋?zhuān)诓煌奈鬯?.5 A時(shí)，2個(gè)極板、4個(gè)極板和6個(gè)極板組成的電濃度、pH值、電解電壓和電解時(shí)間下，研究電解池的電解電壓從5.2 V減少到4.2 V, 8個(gè)極板的解池對熄焦循環(huán)水COD的去除情況。電解電壓只有2.9 V;當電解電流從0.5 A增加到2實(shí)驗結果與討論1.5 A時(shí)，2個(gè)極板和4個(gè)極板組成的電解池的電解2.1電解池組裝電壓變化較大，而6個(gè)極板和8個(gè)極板組成的電解2.1.1極片間距的確定池的電解電壓變化較小，尤其是6個(gè)極板的電壓差取廢水400 ml,將2個(gè)Ti- -SnO2極片和直流電最小，說(shuō)明該條件下電解池狀態(tài)比較穩定。因源組成電解池，測定相同電解電流下電解電壓此，為了保證電解過(guò)程使用較少的電量和電解過(guò)42污染防治與可持續發(fā)展中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報2015年4月程的穩定，選擇6個(gè)極板和直流電源組成電解池。效率會(huì )降低，因此，不再需要增加電解電壓來(lái)提2.2廢水稀釋倍數對COD去除的影響高COD的去除率，電解電壓選擇11 V。取廢水250 ml，分別稀釋不同倍數，在電解2.4 pH對COD去除的影響槽中催化降解，電解電壓10 V，電解時(shí)間為2 h,取廢水250 ml,稀釋至500 ml,電解電壓為考察稀釋倍數對Ti-SnO2電極處理熄焦廢水COD11 V，電解2 h,考察pH對Ti- SnO2電解處理熄焦的影響。廢水的影響。表2不同稀釋倍數下COD的去除率表4不同pH下廢水COD的去除率稀釋倍數02H5689處理前COD/(mg*L+)4603015反應前C0/(mg*L2) 23230 230處理后C0D/(mg*L+) 218.073.8110.9 ;反應后C0D/mg*L) 52.67 55.43 57.0 61.6 88.0COD去除率1%52.667.927.5C0D去除率/%77.1 7575.2 73.2 61.5從表2中COD的去除率來(lái)看，稀釋不同倍數,原水pH值接近9，從9開(kāi)始往下調節pH值，在相同的電解條件下，COD的去除率并不相同。分別考察pH為9, 8, 7, 6和5時(shí)COD的去除率。稀釋l倍時(shí)，COD的去除率達到67.9%，比原水從文獻中可以看出，對于電化學(xué)反應過(guò)程，pH .和稀釋2倍的去除率都高?？梢?jiàn)，電催化氧化對往往可以影響反應的產(chǎn)物和反應過(guò)程10-12。從表不同濃度的污染物去除能力不同，污染物濃度4來(lái)看，隨著(zhù)pH的降低，COD的去除率升高，從較高時(shí)，陽(yáng)極表面及附近的直接氧化容易進(jìn)行，61.5%提高到77.1%。當廢水C0D為230 mg/L時(shí),而污染物濃度較低時(shí)，直接氧化和遠離電極表T0C含量約為138 mg/L，說(shuō)明廢水中有機污染物面的間接氧化都受影響。所以，污染物的濃度濃度較高，隨著(zhù)電解的進(jìn)行，pH值會(huì )進(jìn)- -步降只有在適中時(shí)，才有最高的COD去除率。在實(shí)際低，可能是由于廢水中有機物分子被0H自由基生產(chǎn)中，循環(huán)水加上生化中水和清潔用水后，破壞，生成酸性有機物和無(wú)機物的結果。pH小.稀釋倍數接近1倍，因此，后續實(shí)驗按照廢水稀于5時(shí)，電解對Ti- SnO2電極表面的損傷較大，因釋1倍進(jìn)行。此，后續實(shí)驗選擇pH為6作為電解pH值。2.3 電解電壓對COD去除的影響2.5 電 解時(shí)間對COD去除的影響電催化氧化焦化廢水，不同電壓下分解產(chǎn)物不同，COD的去除率也不同。取廢水250 ml,稀11 V, pH調節至6， 考察COD去除率隨電解時(shí)間釋至500 ml,在不同電壓下電解2 h,考察電解的變化。電壓對Ti- -SnO2電極去除熄焦廢水COD的影響。0|表3 不同電壓時(shí)熄焦廢水COD的去除率電壓71處理前COD/( mgL+) 230230o|處理后COD/(mg.L+) 130.0113.950.4857.0920|Ti-SnO2電極具有較高的析氧電位，對有機物的去除效果也較好。由表3可知，當電解電壓(0.50.2.5從7 V增加到9 V時(shí)，廢水COD的去除率由43%增時(shí)間/h圖3熄焦廢水COD去除 率隨電解時(shí)間的變化加到50%，變化并不大;當電解電壓從9 V增大到11V時(shí)，廢水COD的去除率由50%增加到由圖3可知，隨著(zhù)電解時(shí)間的延長(cháng)，COD去70%，增加了20%，說(shuō)明有機污染物較多時(shí)，電除率呈增加的趨勢。從0.5 h到1.5 h, COD去除解去除需要較高的電壓來(lái)提高有機物被直接氧率增長(cháng)較快，當1.5 h后，一方面由于污染物濃化的幾率;而當電解電壓增大到11 V時(shí)，分解電度較低，電解對有機物的去除作用減小，另-方位遠遠大于水的分解電位，極板上因電解水產(chǎn)面，該條件下一些難降解的有機物降解作用已不生大量的氣泡，陽(yáng)極上進(jìn)行的是有機物氧化和明顯。電解時(shí)間可以根據出水標準來(lái)確定，如果析氧兩個(gè)競爭反應。當析氧反應占優(yōu)勢時(shí)，電流滿(mǎn)足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準》中循環(huán)水2015年第2期郭愛(ài)紅胡金山程艷波等Ti-SnO2 電解快速去除熄焦循環(huán)水中COD4:的要求，只要COD達到150 mg/L就可以出水，本含有較多單環(huán)芳香族化合物，少量多環(huán)芳烴和氮雜實(shí)驗中，廢水只需要電解0.5 h即可回用。電解時(shí)環(huán)化合物，但是，此時(shí)污水基本接近無(wú)色。間增加到2h,廢水的COD由230m/L降低到663結論mg/L,去除率達到80%。以T- -SnO2電極作為陰陽(yáng)極，利用電解池處2.6電解過(guò)程中有機污染物變化理焦化廠(chǎng)熄焦循環(huán)水中COD,所用時(shí)間短，去除在整個(gè)電解過(guò)程中，廢水的顏色先由淡黃色率高，不需要降溫處理。極板間距為1 cm, 6個(gè)加深至黑色，然后再逐漸變淺接近無(wú)色，污水顏極片陰陽(yáng)極交替組成電解池處理COD為460 mg/L色的變化代表了污染物結構的變化。取廢水250熄焦水，廢水被稀釋1倍時(shí)，電解電壓為11 V,ml,稀釋至500 ml，電解電壓為11 V,初始pH調pH為6，電解0.5 h,滿(mǎn)足回用要求，電解時(shí)間增節至6，每20 min取樣，利用紫外可見(jiàn)分光光度加到2 h,廢水的COD去除率達到80%;電解100計進(jìn)行紫外-可見(jiàn)光譜掃描。min后，污水基本接近無(wú)色，但仍含有較多單環(huán)50芳香族化合物，少量多環(huán)芳烴和氮雜環(huán)化合物。原水5h參考文獻女40 min3092.5.80min[1]山西省環(huán)境保護廳CB 16171-2012煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排圖2.0十100 min放標準[S1.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2012.1.0[2]劉智平.干熄焦技術(shù)及其應用J]鋼鐵研究，2004(1):58 -62.0.5B3]吳高明，魏松波,雷興紅,等焦化廢水電化學(xué)處理技術(shù)研究進(jìn)0.00300400500600700展[J工業(yè)水處理. 2007 ,27(9):7-10.波長(cháng)/nm[4]繆娟，符德學(xué)電化學(xué)技術(shù)在廢水處理中的應用切化I時(shí)刊，圖4污水電解過(guò)程中吸光度的變化2005, 19(9):46- 49.對不同電解時(shí)間熄焦污水進(jìn)行紫外一-可見(jiàn)光[5] CHIANG L C,CHANG J E.CHIN TElectro-chemical 0xidation譜掃描，結果見(jiàn)圖4。電解初期，污水在200~Pr-ocess for the Treatment of Coking Plant W astewater [D.Envirn. Sci.Heath, 1995, 30(4):753-771.280 nm存在強吸收峰，隨著(zhù)電解的進(jìn)行，20 min[6]梁鎮海,許文林，孫彥平焦化含酚廢水在T/PbOL電極上的氧后在370 nm處出現特征吸收峰，該峰在電解40化處理J]稀有金屬材料與工程，1996,25(3):37-40.min時(shí)達到最大值，60 min開(kāi)始減小，80 min取[7]劉俐媛電化學(xué)氧化I藝處理焦化廢水研究[D.北京:中國礦樣時(shí)消失。在此期間，200-~280 nm的吸收峰增業(yè)大學(xué),2012.強，并開(kāi)始紅移至350 nm,第5次取樣時(shí)，紫外[8] CHUAN P F,NORRIO S,SAT0RU S.Development of high perfo-區吸收峰減小，強吸收從350 nm藍移到320 nm。rmance electrochemical wastewater treatment system[J].Hazardo-us Mate-rials, 2003。B103:65-78.由圖4可知，在電解初期，污水中就有一一定含量[9] PABLO C,JESUS G JUSTO L.Modeling of wastewater eletro-的單環(huán)芳香族化合物，例如苯酚和苯胺;隨著(zhù)電oxida - tion process part ILApplication to active electrodes [0].解的進(jìn)行，大分子有機化合物開(kāi)始降解，產(chǎn)生了Industrial & Engineering Chemistry Research,2004 ,43 (9):較多單環(huán)芳香族化合物，200~280 nm吸收增強;1923- 1931.隨后370 nm吸收峰出現，證明多環(huán)芳烴和氮雜10]常欣.電化學(xué)催化氧化技術(shù)處理焦化廢水的研究[MI]西安:陜西師范大學(xué),2009.環(huán)類(lèi)化合物濃度增大;電解40~80 min, 370 nm1]1 郭文倩電化學(xué)法降解焦化廢水中的氨氮[M.太原:太原理工吸收峰逐漸減小直至消失，除200~280nm, 紫大學(xué),2007.外和可見(jiàn)光區吸光度減小，強吸收由350nm移[12]王強，李捍東,田禹，等電化學(xué)降解含酚焦化廢水的研究[].至320nm，說(shuō)明多環(huán)芳烴和氮雜環(huán)類(lèi)化合物的科技情報開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟,2005, 15(3);191-193.含量和結構發(fā)生了變化;電解100 min后,廢水仍(編輯:程俊