張巍
(廈門綠動力環境治理工程有限公司,福建 廈門 361009)
常見的工業有機廢水處理工藝主要是芬頓工藝,其具有反應速度快、裝置簡便、降解有機物效率高等特點[1],但其氧化后調節pH 值導致了大量含鐵污泥的產生。當H2O2加藥量提高時,鐵鹽加藥量也對應增大,使鐵鹽試劑成本增加,并且將產生大量的鐵鹽污泥,導致后續處理污泥量增大。
類芬頓工藝是將光催化技術、電化學反應、超聲技術等與傳統芬頓工藝結合,不但能解決傳統芬頓工藝的不足,還能有效結合各技術的優勢,達到處理廢水的目的[2]。電芬頓工藝是采用電化學法,使Fe2+和H2O2持續反應,兩者生成羥基自由基(·OH),將有機物直接氧化降解[3]。與傳統芬頓工藝相比,電芬頓工藝可原位產生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產生·OH,將有機物氧化,再通過電化學作用,將Fe3+還原為Fe2+,實現了鐵鹽催化劑的循環利用,減少反應后污泥的產量,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,減少鐵鹽污泥的產生,減少占地面積。還原電芬頓工藝采用電化學反應,將Fe3+還原為Fe2+,減少鐵鹽催化劑的的投加量,從而減少了后續反應中鐵鹽污泥的產生,既可減少污泥的處理費用,又可減少鐵鹽藥劑的費用。
還原電芬頓工藝利用陰極極板提供電子,將Fe3+還原為Fe2+,反應方程式如下:
Fe3++e →Fe2+
H2O+2e →H2+OH-
根據上述方程式可以看出,當電流密度過大時,會產生氫氣,當氫氣大量產生時,會導致pH 值上升,不利于芬頓反應的發生,所以要通過控制電流密度大小或調節反應過程pH 值來加大芬頓反應的效率。
廢水匯集到廢水收集池,然后通過水泵進入pH調節池后,進入還原電芬頓反應系統,經過還原電芬頓系統處理后的出水進入中和池,在中和池中進行pH 值的調節,上清液達標排放,鐵鹽污泥進入污泥池完成后續處理。工藝流程見下圖。
pH 調節池主要控制參數為廢水pH 值。還原電芬頓系統主要控制參數為電流電壓和H2O2的加藥量。
還原電芬頓工藝與傳統芬頓工藝一樣,反應pH值在3—4 時可達到較好的處理效果。當pH 值過高時,將發生以下反應:
O2+H2O+4e →4OH-
當反應pH 值過低時,會使溶液酸性過高,發生以下反應:
·OH+H++e →H2O
上述反應會造成·OH 被過度消耗,增大了H2O2的消耗或降低了反應效率。
當電流密度過大時,還原電芬頓陰極會產生大量的氫氣,將導致反應體系pH 值升高,不利于芬頓反應的進行。而當電流密度較低時,電流對反應體系的作用較小,效果不明顯,而且對Fe3+的還原作用較小,達不到鐵鹽的循環利用。
對于電芬頓系統來說,電壓為電化學反應提供動力。外加電壓高于分解電壓時,電芬頓反應才能發生[4]。但當電壓過高時,電能消耗增大,能耗過高。
還原電芬頓工藝是一種新技術,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。與傳統芬頓工藝相比,還原電芬頓工藝可減少70%的鐵泥產量,其具有加藥量低、反應效率高、產泥量低、占地面積小等優點,也可應用于難降解的有機廢水、印染廢水等廢水的處理。