瀝青廢水屬于難處理的高濃度有機(jī)廢水，據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤焦油瀝青廢水含有上萬種有機(jī)化合物，如苯類、酚類等，還含有其它稠環(huán)和雜環(huán)化合物，廢水具有高COD，處理困難的特點(diǎn)。目前，國內(nèi)外對(duì)于這種難處理的高濃度化工廢水一般采用多種工藝組合處理，成本很高。在這些方法中鐵炭微電解具有適用范圍廣、成本低廉、以廢治廢的特點(diǎn)，比較常用，但它在處理高濃度有機(jī)廢水時(shí)存在處理效果不高的問題，如何提高其處理效率是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

強(qiáng)化微電解采取超聲或摻雜等方式，目的是通過協(xié)同作用或擴(kuò)大電位差，以提高其對(duì)有機(jī)物分解能力或擴(kuò)大有機(jī)物處理種類，使廢水中的一些難分解有機(jī)物發(fā)生降解而得到去除。本文采用超聲、電解、Fe-Al-C 微電解及催化劑MnO2 進(jìn)行強(qiáng)化后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以期提高微電解對(duì)瀝青廢水COD 的去除率。

1 材料與方法

1.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器和材料

5B-3F COD 快速消解儀；PGS-3C 型pH 計(jì)；KBS-150 型數(shù)控超聲波細(xì)胞粉碎機(jī); TDGC2j-2/0.5型接觸調(diào)壓器。

實(shí)驗(yàn)用藥品均為分析純；鐵屑為機(jī)械加工廢料，使用前鐵屑先用5%的NaOH 浸泡30 min，再用5%的鹽酸浸泡1 h，然后再用蒸餾水沖洗至中性，烘干，密封保存留用；活性炭為上海國藥集團(tuán)產(chǎn)的顆粒活性炭，使用前用實(shí)驗(yàn)廢水浸泡1 h，使其吸附飽和。

實(shí)驗(yàn)水樣來自常州某瀝青廠：該水樣為深黑色、濁度高、有刺激性氣味。該水樣的基本水質(zhì)指標(biāo)為：pH為7.74，COD 為4 660 mg/L, 鹽分含量為0.062 mol/L。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置及測定方法

自制微電解反應(yīng)裝置：實(shí)驗(yàn)裝置是一個(gè)上端開口，上下兩段5 cm處各有一個(gè)1 cm直徑管口的簡單裝置，該裝置高40 cm，直徑為6 cm，具體裝置如圖1所示。

COD 的測定采用快速密閉催化消解法，本方法在經(jīng)典重鉻酸鉀-硫酸消解體系加入助催化劑硫酸鋁鉀與鉬酸銨，同時(shí)密閉消解過程是在加壓下進(jìn)行的，因此大大縮短消解時(shí)間, 消解液經(jīng)滴定計(jì)算其COD含量。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將經(jīng)過預(yù)處理的鐵炭按一定比例混合均勻后自制反應(yīng)器中，取廢水200 mL，調(diào)節(jié)廢水pH 后加入反應(yīng)器中，置于25℃恒溫振蕩箱中，反應(yīng)一段時(shí)間后取上層清液進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 鐵炭微電解實(shí)驗(yàn)參數(shù)

微電解處理廢水實(shí)驗(yàn)的影響因素較多，不同成分的廢水，所需要的實(shí)驗(yàn)條件不盡相同[8]。本次實(shí)驗(yàn)主要對(duì)微電解的反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)pH、鐵炭質(zhì)量比及鐵的投加量的影響進(jìn)行分析，通過正交實(shí)驗(yàn)確定其分別對(duì)廢水處理效果的影響的大小順序，確定微電解單元的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析見表1。

由表1 可知，鐵炭微電解處理瀝青廢水COD 的影響因子的主次順序?yàn)閜H、鐵炭質(zhì)量比、HRT、鐵的投加量，最佳處理?xiàng)l件為：m（鐵）=2 g、Fe/C=1∶1、pH=4、HRT=60 min。在此條件下，廢水COD 降為1 724 mg/L，去除率為63%。

2.2 強(qiáng)化鐵炭微電解實(shí)驗(yàn)

2.2.1超聲強(qiáng)化微電解

超聲的降解機(jī)理主要是兩方面：一是超聲波的熱解作用，二是超聲波在分解水分子時(shí)產(chǎn)生·OH 的強(qiáng)氧化作用。在超聲強(qiáng)化微電解部分主要考察單獨(dú)微電解1 h、先超聲1 h 再微電解1 h、先微電解1 h 再超聲1 h 以及微電解超聲聯(lián)用1 h4 個(gè)方案，在最佳微電解反應(yīng)條件下，其結(jié)果如圖2 所示。

由圖2 可知，在超聲與微電解同時(shí)進(jìn)行時(shí)，廢水COD 的去除率為78.3%，相比于單獨(dú)的微電解提高了15.3%，超聲微電解同時(shí)反應(yīng)，處理效果大于單獨(dú)超聲與單獨(dú)微電解處理效果簡單的相加，而是具有一定的協(xié)同作用，主要由于超聲的過程中由于超聲的空化效應(yīng)產(chǎn)生的微射流和沖擊波能夠起到一定的攪拌作用，增加鐵炭接觸面積，減少鐵炭的板結(jié)，從而加快了原電池的快速反應(yīng)。

2.2.2外加電場強(qiáng)化微電解

外加電場強(qiáng)化微電解原理利用直流電對(duì)廢水進(jìn)行電解，通過電極附近發(fā)生的氧化還原反應(yīng)將有機(jī)物降解。在電解強(qiáng)化微電解部分考慮NaCl 的投加量、電壓大小和板間距對(duì)強(qiáng)化效果的影響。

2.2.2.1 NaCl 的投加量對(duì)電解強(qiáng)化微電解效果的影響

由于廢水中鹽分含量較小，需要外加鹽類來增加電解效果。在電解微電解耦合時(shí)，電壓為10 V，板間距為6 cm時(shí)NaCl 的投加量對(duì)處理效果的影響如圖3。

電解作用是通過電流通過電解質(zhì)，在陰極和陽極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)來分解廢水中的有機(jī)物，因而，廢水中的鹽分含量直接影響電解液中的氧化劑濃度。

由于瀝青廢水的鹽分含量較低，需要通過投加鹽類來增強(qiáng)電解作用。由圖3 可知，當(dāng)外加的氯化鈉質(zhì)量為3.75 g/L 時(shí)，廢水的COD 去除率達(dá)到最大83%。

2.2.2.2 電壓大小和極板間距對(duì)電解強(qiáng)化微電解效果的影響

將電極板和曝氣頭放入自制的電解微電解反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)好板間距，再加入2 g經(jīng)過與處理的鐵和活性炭，倒入調(diào)好pH=4，m（NaCl）=0.75 g 的200 mL 廢水，通入空氣，調(diào)好電壓，打開開關(guān)，反應(yīng)20 min，靜置40 min 后取上層清液測定廢水COD，不同的電壓與板間距對(duì)廢水處理效果的影響如表2 所示。

由表2 可知當(dāng)電壓為10 V、極板間距為6 cm時(shí)，廢水COD 去除率達(dá)到83.3%，相對(duì)于單獨(dú)微電解提高了20.3%，這是因?yàn)橥饧与妷旱募尤朐鰪?qiáng)了廢水中的氧化還原反應(yīng)的同時(shí)在陽極附近產(chǎn)生少量的氣體，產(chǎn)生一定的攪拌作用，增加鐵碳的接觸面積。隨著電壓增大，極板間距的減小，COD 的去除效果增大，這是因?yàn)殡娏鞯募哟�，加快了有機(jī)物向電極的移動(dòng)速度，增加了鐵炭與有機(jī)物的接觸面積，從而提高廢水的處理效果。

2.2.3外加藥劑強(qiáng)化微電解

2.2.3.1 三元微電解

對(duì)于不同成分的廢水，微電解的電極反應(yīng)會(huì)有很大差別，廢水的處理效果與微電解反應(yīng)的陰極、陽極的反應(yīng)息息相關(guān)。因此，陰、陽極材料的正確選擇及其在廢水中溶解的加速，是提高微電解處理效果的關(guān)鍵。通過向Fe-C 微電解體系中投加Al 構(gòu)建三元微電解體系來提高微電解處理效果，不同的Fe-Al-C 質(zhì)量組合三元微電解對(duì)廢水處理效果的影響見表3。

當(dāng)向鐵炭微電解體系投加金屬鋁構(gòu)成三元微電解體系時(shí)，由于鋁比鐵能夠提供更強(qiáng)大的電子轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)力，加快了廢水中電子轉(zhuǎn)移，當(dāng)Fe-Al-C 的質(zhì)量分別為0.5、1.5 和2 g廢水COD 去除率從62.9%提高至82%，處理效果提高了19.1%。

2.2.3.2 催化劑

以MnO2 為催化劑，考察MnO2 的投加量對(duì)鐵炭微電解處理廢水效果的影響，結(jié)果見圖4。

MnO2 的加入一方面降低反應(yīng)活化能，提高廢水中氧化還原能力，另一方面MnO2 本身具有一定的吸附作用，可吸附水中有機(jī)物，為鐵炭微電解氧化有機(jī)物提供了反應(yīng)載體。由圖4 可知，當(dāng)MnO2 的投加量為2.5 g/L 時(shí)，廢水COD 的去除率為76.5%，相比于單獨(dú)微電解提高了13.5%。當(dāng)MnO2 投加量較少時(shí)，催化效果較弱，COD 處理效果提高較低，當(dāng)MnO2 投加量較多時(shí)，二氧化錳的存在阻擋了鐵和炭的接觸，從而使處理效果下降。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論

（1）鐵碳微電解最佳處理?xiàng)l件：m(鐵)=2 g、Fe/C=1∶1、pH=4、HRT=60 min，在最佳條件下，COD 的去除率為62.9%，從瀝青廢水COD 從4 660 降低至1 700。

（2）超聲能強(qiáng)化微電解處理效果，主要由于超聲的熱解和空化作用。超聲與微電解同時(shí)反應(yīng)，廢水COD 去除率為78.3%，相比于單獨(dú)微電解，COD 去除率提高了15.3%。

（3）外加電場能強(qiáng)化微電解處理效果，主要是電場的增加，電極的氧化還原反應(yīng)增加了有機(jī)物的降解。當(dāng)外加氯化鈉質(zhì)量為3.75 g/L、電壓為10 V、板間距為6 cm時(shí)，廢水COD 去除率為83.3%，相比于單獨(dú)微電解，COD 去除率提高了20.3%。

（4）外加鋁可以強(qiáng)化微電解的處理效果，鋁的加入增強(qiáng)了電子轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)力，加快了廢水中有機(jī)物的降解。在Fe-Al-C 的質(zhì)量分別為0.5、1.5、2 g 時(shí)，廢水COD的去除率為82%，相比于單獨(dú)微電解提高了19.1%。

（5）外加催化劑二氧化錳可以強(qiáng)化微電解處理效果，主要是由于二氧化錳降低了反應(yīng)活化能，為微電解提高反應(yīng)場所。當(dāng)二氧化錳的投加量為2.5 g/L 時(shí)，廢水COD 的去除率為76.5%，相比于單獨(dú)微電解提高了13.5%。

（6）對(duì)比使用超聲、外加電場、Fe-Al-C 三元微電解及催化劑二氧化錳強(qiáng)化效果，可知Fe-Al-C 微電解是最為簡單而有效的處理方法，使其強(qiáng)化效果相比于鐵碳微電解提高20%左右，廢水COD 降為835 mg/L。