含氟廢水預處理工藝——電催化工藝
【摘要】以浙江某氟化工企業含氟廢水為對象，采用電催化工藝對其進行預處理，降低廢水中COD 的含量，去除有機氟化合物，使氟離子游離在水體中，提高后續氟離子去除效果[1]。通過小試中試證明，電催化工藝對于含氟廢水可以起到預處理效果，并且通過改變水力停留時間等參數得到最佳的處理參數為：電流強度穩定在950A 時，pH 值10~11，水力停留時間為800min，COD 的去除率可達到80%以上。
【關鍵詞】含氟廢水；有機氟化合物；電催化；預處理
1 引言
隨著經濟的發展，具有高性能、高附加值的氟產品的需求日益增加。我國氟化工工業和市場在總體上正以15%~20%的速度增長[1]，與美國、日本、歐盟一道成為世界四大氟產品的生產和消費區。同時，由于含氟聚合物生產的迅速發展，其生產過程中會排放出大量的含氟廢水。含氟廢水的主要污染物為有機氟化合物，由于有機氟化合物持久的抗降解性[3]，如何高效處理有機氟化合物是國內外研究的重點。
電催化技術深入研究了不同污染物在各種電場條件下發生的電化學反應和產生的結果[4]后，對電壓高低、電流密度大小、電源形式（如直流、脈沖及頻率的高低）等條件進行總結，研究表明，在不同電場下發生誘導催化氧化作用后，電催化可以有效處理難降解有機物，作為預處理工藝，這對于有機氟化合物的處理具有重要意義[5]。
2 概況
本文主要以浙江某氟化工企業所排放的有機氟化合物廢水為研究對象，選取CODcr、pH 和ORP 為檢測指標，采用電催化技術，進行預處理，以降低廢水中的COD，去除氟-有機物的結合物，使氟離子游離在廢水中，以便后續可以有效地去除氟離子。
本試驗所用廢水為浙江某氟化工企業含氟廢水，該廢水的水質情況如下表：
實驗測定方法：
CODcr 采用哈希預制藥劑測；
pH 采用pH25—3C 型測定；
ORP 采用專用的ORP 測定。
3 小試實驗
根據實驗要求，將該實驗分為兩個部分，靜態實驗與動態實驗。
3.1 靜態試驗
通過不同電極對實驗用水的處理效果比較，以篩選最優的電極材料，達到最優的處理效果。
實驗步驟：以原水作為實驗水樣，分別取800ml 置于特制的1L 圓筒形實驗容器中，并插入不同型號的電極，在500Hz頻率，100%占空比的通電情況下，靜態運行1 小時后，測其COD，通過COD 的處理效果比較，得出后續處理所需的最優電極。
根據實驗結果，反應進行60min，EC-3B 的電極對該水樣去除效果明顯，后續實驗將采用該電極進行廢水預處理的動態及中試實驗。
3.2 動態試驗
結合靜態試驗結果為基礎，參考不同的水力停留進行連續流動態實驗[6]，并結合曝氣進行連續流預處理。
實驗步驟：動態試驗依據靜態實驗選出最優的電極材料（EC-3B），在特制的6L 電催化反應器內進行連續進水實驗，當頻率為500Hz，占空比為100%的通電情況下，考察不同水力停留時間對水質COD 的處理效果，以進水量0.5L/h、1L/h、1.5L/h 和2L/h，即水力停留時間12h、6h、4h 和3h，連續進行實驗，
通過圖2 可以看出反應過程中，電流維持在26A，反應全過程分為5 個階段，0~260min 處于反應器灌水階段，電極處于緩慢激活的過程，故進水量較少，為0.5L/h，由圖可以看出COD 處理效果明顯，下降趨勢較大，COD 由10000mg/L 降至2300mg/L；260~560min 時進水量調至2L/h，水質COD 開始波動，又回升到了4000mg/L；560~800min 下，進水改至1.5L/h，COD 從3000mg/L 降至2000mg/L；800~1340min，COD 趨于平緩，近乎未下降；1340~1940min 進水調至0.5L/h，COD 降至1300mg/L。260min 以后可以看出ORP 呈逐步上升，即還原性逐漸減弱，氧化性開始增加。
由于氟化廠現場原水的COD 基本穩定在5000 左右，而小試水樣COD 為10000，故通過將原水與自來水進行1:1 混合，來模擬現場水質情況。進水量為2L/h、1.5L/h、1L/h 和0.5L/h， 分別對應0 ~450min，450 ~810min，810 ~1230min，1230~1890min 四個階段，由圖3 可以看出，在26A 電流下，0.5L/h 處理效果最佳；1L/h 效果較好，COD 達到1000 以下；1.5L/h 及2L/h 時，COD 達到了1500 左右。反應全過程水質呈還原性。
將原水與自來水進行1:1 混合，并在反應器內添加曝氣裝置，當進水量為0.5L/h、1L/h、1.5L/h 和2L/h，分別對應0~360min，360~660min，660~960min，960~1170min4 個階段，由圖4 可以看出，在26A 電流下，進水量為0.5L/h 和1L/h 時，COD 處理效果最優，近乎檢測不出；當進水量達到1.5L/h 及2L/h 時，COD 開始上升，最高達到1500mg/L 上下波動。電位呈還原性。
通過上述3 個動態試驗的比較，我們可以看出在曝氣狀態下水質的處理效果更好。在26A 電流下運行下，進水量達到0.5L/h 和1L/h 時，即停留時間達到12h、6h 時水質COD 可以降至1000mg/L 以內。
4 中試試驗
以小試實驗為基礎，以氟化廠一車間和二車間水樣分別進行水樣擴大的處理論證，并做了平行試驗。
實驗以氟化廠現場原水為實驗用水，取400L 原水于特制的電催化處理的反應器內，放入靜態實驗得出的電極型號，在500Hz 頻率，100%占空比的通電情況下,對反應器內的水質進行內循環實驗，通過回流泵及曝氣裝置，使水質達到循環攪拌的流動狀態。每間隔一小時進行水質取樣，并記錄相應的電流、pH、ORP，然后根據降解情況，稀釋后采用哈希法檢測其COD。
實驗過程中：水色逐漸變清，并隨著實驗的進行，電流逐漸提高，水中電導率增強，過程放熱明顯，水溫升高；實驗停止一夜后，第二日開啟時有氣泡溢出，易破，停止曝氣一段時間和通電后，泡沫自消，再開啟時，泡沫的產生和破滅達到平衡。
圖5 為氟化廠一車間不同停留時間對水質的影響，通過業主要求，進行了3 次平行實驗，排除了偶然誤差，確保實驗的真實可信。通過圖5 可以看出，氟化廠一車間的水質在電流為950A 時，隨著反應時間即停留時間的增長，水質COD 達到穩步下降，最低甚至可以達到檢測不出的情況。通過比較分析可以看出，在反應時間達到600min 時，COD 處理效果已經達到1000mg/L 以下，隨后開始逐步下降。pH 也隨著反應時間的變化也有明顯的變化，在100min 左右會有一段快速下降的時間段，之后開始趨于平緩。
圖6 為氟化廠二車間不同停留時間對水質的影響，與一車間水質情況相似，但是二車間水質情況更為復雜，水質組成含有更多的有機物，故處理難度相應的增加。同樣應業主要求進行了3 次平行實驗，排除了偶然誤差，通過圖6 可以直觀的看出氟化廠二車間在電流950A 條件下，隨著反應時間的增加，水質COD 達到較好的處理效果，在反應時間達到800min之后，COD 已經降到1000mg/L 以下，并隨著時間的增加，還在不斷的下降。隨著反應的進行，pH 從14 逐步穩定在10~11，說明該過程是一個耗堿過程。
5 結論
①通過對該氟化廠一車間與二車間的中小試實驗，我們可以看出對于氟化工企業含氟廢水，采用電催化工藝對其進行預處理，可以大幅度降低廢水中COD 的含量。
②通過實驗數據可以得出在電流強度穩定在950A 下，一車間廢水水力停留時間為600min 時，COD 已經降到1000mg/L以下，其處理效果可達到80%以上。對于二車間的廢水水力停留時間到800min 時，COD 已經降到1000mg/L 以下，其處理效果達到80%以上。
③反應過程有一定的耗堿作用，減少了部分調酸成本，且可穩定在10~11。
本文轉自：乾來環保
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
