動(dòng)態(tài)鐵屑床廢水裝置

動(dòng)態(tài)鐵屑床廢水裝置研究摘要：本文利用目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行費(fèi)用較低、處理效果較好的鐵屑內(nèi)電解法研制了一套廢水綜合處理裝置。在本設(shè)計(jì)中創(chuàng)新地提出了“動(dòng)態(tài)鐵屑床”的做法,該裝置具有運(yùn)行費(fèi)用低、能耗小的特點(diǎn)。該裝置COD的去除率達(dá)70%，出水口COD均遠(yuǎn)小于100mg/l，重金屬離子Cr(VI)的去除率在80%以上，有機(jī)物（苯胺）的去除率在60%以上。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們指出了提高其處理效率的一般方法。最后，本文還利用正交試驗(yàn)法對(duì)該裝置的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了探討，為選擇最佳的工藝條件提供了依據(jù)。

關(guān)鍵字：動(dòng)態(tài)鐵屑床工業(yè)廢水內(nèi)電解法1.前言近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外廣泛地開(kāi)展了用Fe-C內(nèi)電解法處理各種工業(yè)廢水的研究[1-3]，但是傳統(tǒng)的方法均采用靜態(tài)鐵屑床法，這存在著鐵屑易結(jié)塊、鐵屑換料困難的缺點(diǎn)。而關(guān)于動(dòng)態(tài)鐵屑床處理工業(yè)廢水的方法尚未見(jiàn)詳細(xì)報(bào)道。本文旨在解決傳統(tǒng)靜態(tài)鐵屑床的缺點(diǎn)，創(chuàng)新地提出了“動(dòng)態(tài)鐵屑床”的處理方法，并尋求該法的最佳工藝條件，給出其處理結(jié)果，以求開(kāi)辟處理工業(yè)廢水的一條新途徑。2.反應(yīng)原理[4，5]2.1電化學(xué)腐蝕作用

利用經(jīng)活化處理的廢鐵屑和碳粒作為原料，置于一箱體內(nèi)，由于碳的電位高，而鐵的電位低，在電解質(zhì)溶液中可組成腐蝕電池的陰、陽(yáng)極。

其反應(yīng)機(jī)理如下：

陽(yáng)極（Fe）：Fe→Fe2++2e

陰極（C）：2H++2e→2[H]→H2(酸性介質(zhì))

O2+2H2O+4e→4OH-(堿性介質(zhì))

Mn++ne→M(還原金屬離子)

在實(shí)際反應(yīng)中，我們希望鐵腐蝕進(jìn)行，這是因?yàn)樯傻腇e2+對(duì)于廢水的處理有著十分重要的意義。

2.2還原降解作用

在上面陽(yáng)極反應(yīng)中新生的Fe2+有極高的活性，在酸性條件下，對(duì)某些有機(jī)物有降解作用。如對(duì)于偶氮型染料，它可以發(fā)生如下反應(yīng)：

R–N=N–R＇+4Fe2++4H2O→RNH2+R＇NH2+4Fe3++4OH–

2.3Fe(OH)3的吸附絮凝作用

首先，由Fe–C組成的許多微小原電池會(huì)產(chǎn)生許多小的電場(chǎng)，在該電場(chǎng)力的作用下，廢水中的重金屬離子、苯酚、苯胺等物質(zhì)可以產(chǎn)生電絮凝反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)。然后，利用機(jī)械增氧暴氣的方法使Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3膠體，由于該正電膠體的混凝吸附，所以可以除去廢水中的負(fù)電荷基團(tuán)，并且對(duì)COD的去除亦有較好的作用。

2.4活性碳的吸附作用

由于活性碳有很強(qiáng)的吸附能力，尤其是廢水中的固體微粒，很容易被它吸附除去。3.主要裝置實(shí)驗(yàn)裝置的外觀尺寸為75cm(長(zhǎng))×20cm(寬)×70cm(高)，動(dòng)態(tài)鐵屑床的尺寸為F15cm×50cm(高)×2個(gè)，過(guò)濾柱尺寸為F8cm×50cm(高)×2個(gè)。樣分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)如下表(2,3,,4,5分別表示反反應(yīng)時(shí)間為10,200,30,990min))編號(hào)項(xiàng)目012345空白進(jìn)水出水出水出水出水吸光度A1-0.376-0.345-0.362-0.363-0.367-0.369A2-0.375-0.345-0.362-0.364-0.366-0.369A3-0.376-0.346-0.361-0.364-0.367-0.368A-0.376-0.345-0.362-0.364-0.367-0.369對(duì)應(yīng)濃度C＇（mmg/L）00.03670.01520.01080.00760.0056去除率\\58.6%70.7%79.3%84.7%4.實(shí)驗(yàn)部分4.1鉻離子的去除率實(shí)驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程：A=0.7712C-0.3733，均方誤差：σ=0.0057，相關(guān)系數(shù)：r=0.9994

4.2有機(jī)物(苯胺)的去除率實(shí)驗(yàn)[6]苯胺標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程為：A=0.2026242C-0.3738075，均方誤差為：0.0146720，相關(guān)系數(shù)：r=0.9993900

水樣去除率：59.0～60.2%

4.3COD的去除率的實(shí)驗(yàn)

出水口的COD的測(cè)定29.5mg/L

進(jìn)水口的COD的測(cè)定98.5mg/L

COD去除率:70.05%

4.4最佳工作條件的選擇實(shí)驗(yàn)(以Cr6+的去除率為準(zhǔn))[7]實(shí)驗(yàn)方案

我們經(jīng)過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得如下數(shù)據(jù)：因素實(shí)驗(yàn)次數(shù)鐵炭比

A處理時(shí)間

B電機(jī)轉(zhuǎn)速

CCr(VI)去除除率

（%）1A1B1C160（Y1）2A1B2C275（Y2）3A1B3C379（Y3）4A2B1C267（Y4）5A2B2C380（Y5）6A2B3C185（Y6）7A3B1C370（Y7）8A3B2C181（Y8）9A3B3C285（Y9）在本實(shí)驗(yàn)中，影響實(shí)驗(yàn)效果的因素很多，但我們?cè)诖藘H考慮了三種主要的因素，我們以A表示因素鐵炭比例，B表示因素反應(yīng)時(shí)間，C表示因素電機(jī)的轉(zhuǎn)速,以A1表示鐵炭比為1：1(低水平)，A2表示鐵炭比為1：2(中水平)，A3表示鐵炭比為1：3(高水平)；B1表示反應(yīng)時(shí)間為10min，B2表示反應(yīng)時(shí)間為30min，B3表示反應(yīng)時(shí)間為90min；C1表示電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)，C2表示電機(jī)中速轉(zhuǎn)動(dòng)，C3表示電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)。

由以上數(shù)據(jù)分析可知：轉(zhuǎn)速對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響不大，因此，我們有理由采用較低的轉(zhuǎn)速而不影響處理效果。增大鐵碳比水平或使反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)可以提高處理效果，但是它們的中水平與高水平之間對(duì)處理效率的提高的程度不大，為了節(jié)約成本和提高單位時(shí)間內(nèi)的廢水的處理量，我們可以將這兩個(gè)因素均選擇在中水平。

另外，在實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)廢水處理的效率與鐵屑床的體積有很大的關(guān)系，由于我們所做的實(shí)驗(yàn)裝置的鐵屑床的體積較小，所以其極限處理效率也較低，由實(shí)驗(yàn)表格可知其極限處理效率約在85%。一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)是：當(dāng)鐵屑床的體積與處理容器的體積比為1：2時(shí)，其Cr(VI)的去除率基本上趨近于100%，而我們的鐵屑床的體積與處理容器的體積比約為1：6，其處理效率可達(dá)80%，可見(jiàn)這是很不錯(cuò)的了。至于應(yīng)當(dāng)采用多大體積的鐵屑床，應(yīng)結(jié)合處理的結(jié)果要求用實(shí)驗(yàn)的方法去確定。但是由于這種實(shí)驗(yàn)需要不斷更換不同體積的鐵屑床，因而顯得較為費(fèi)時(shí)，所以我們沒(méi)有深入做下去，但我們有足夠的理由去相信：在一定的要求下，一定有一個(gè)最佳的鐵屑床的體積。

由以上的分析可知：動(dòng)態(tài)鐵屑床的優(yōu)點(diǎn)就在于鐵屑床是動(dòng)態(tài)的，很方便裝御，可以根據(jù)處理的要求方便地選擇鐵屑床，以達(dá)到預(yù)期的效果。而對(duì)于靜態(tài)鐵屑床，當(dāng)入水口的廢水濃度變化或?qū)Τ鏊诘乃|(zhì)的要求變化時(shí)，便顯得有點(diǎn)麻煩了。正因?yàn)槿绱?，靜態(tài)鐵屑床在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮最壞的情況，因而它們?cè)O(shè)計(jì)得較為龐大，在材料上顯得有點(diǎn)浪費(fèi)。

4.5實(shí)驗(yàn)結(jié)論

(1)本實(shí)驗(yàn)裝置的Cr6+的去除率可達(dá)80%。

(2)本實(shí)驗(yàn)裝置的有機(jī)物(苯胺)的去除率可達(dá)60%。

(3)本實(shí)驗(yàn)裝置COD的去除率可達(dá)70%。

(4)本實(shí)驗(yàn)裝置的最佳工藝條件為：鐵炭比為1：2，反應(yīng)時(shí)間為30min，電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大。我們可以將電機(jī)的轉(zhuǎn)速處于低速狀態(tài)。

(5)可以通過(guò)增大鐵屑床的體積的方法提高處理效率。

(6)動(dòng)態(tài)鐵屑床易于裝御，應(yīng)用靈活廣泛。5.結(jié)果與討論通過(guò)實(shí)驗(yàn)我現(xiàn)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素很多，但是其中最根本的影響因素是Fe與C的活性。我們將廢鑄鐵屑先經(jīng)過(guò)堿浸泡達(dá)24小時(shí)后再用酸浸泡8個(gè)小時(shí)，發(fā)現(xiàn)處理效果較好。另外，活性炭宜采用粒狀顆粒的活性炭，而不宜采用棒狀活性炭。在實(shí)驗(yàn)中，我們還發(fā)現(xiàn)由于鐵屑床是動(dòng)態(tài)的，故卸裝填料十分方便，在電機(jī)的帶動(dòng)下，鐵屑床帶動(dòng)廢水激起的旋渦有利于反應(yīng)的效率提高并可延長(zhǎng)鐵屑床的老化時(shí)間(見(jiàn)附錄推證)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)實(shí)驗(yàn)影響不大，電機(jī)在該裝置中起了攪拌兼防止鐵屑結(jié)塊的作用。

另外，在本實(shí)驗(yàn)裝置中，與處理效果有關(guān)的因素還有曝氣量，廢水的pH值，過(guò)濾材料的選擇，流量(由于單位時(shí)間內(nèi)的流量與反應(yīng)時(shí)間有內(nèi)在的聯(lián)系，也可以僅當(dāng)一個(gè)因素去考慮)……由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間緊張，我們也未做深入的研究，大家可以參考前人在靜態(tài)鐵屑床的研究中在此方面的成果。在實(shí)際應(yīng)用中，我們須考慮廢水的日處理量的問(wèn)題，這可以通過(guò)放大處理裝置或采用多個(gè)裝置并聯(lián)的方式解決。6.結(jié)論該裝置創(chuàng)新的提出的“動(dòng)態(tài)鐵屑床”的方法能有效地去除工業(yè)廢水中的無(wú)機(jī)離子和有機(jī)污染物，是一種值得推廣的方法!參考文獻(xiàn)1.曹一兵，鐵屑內(nèi)解法處理綜合性電鍍廢水技術(shù)，重慶環(huán)境科學(xué),1995,17(4):41-43

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