有機(jī)硅是一種重要的化工產(chǎn)品，具有隔熱、絕緣、耐腐蝕和優(yōu)異的表面活性等特點(diǎn)。需求與日俱增，產(chǎn)品類型也在不斷豐富。到2017年，中國(guó)已經(jīng)成為有機(jī)硅產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)的主要國(guó)家之一。與此同時(shí)，有機(jī)硅生產(chǎn)廢水的排放量也在迅速增加，對(duì)環(huán)境的壓力也與日俱增。有機(jī)硅廢水成分復(fù)雜、pH值低、氯離子和鹽含量高、具有生物毒性、難生物降解，處理難度大。

本研究的水樣來(lái)自荊州市某化工有限公司有機(jī)硅生產(chǎn)車間的生產(chǎn)廢水。目前，有機(jī)硅生產(chǎn)車間的廢水采用A/O法進(jìn)行生物處理。進(jìn)水用石灰石初步調(diào)節(jié)pH值，然后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，加入液體氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值。經(jīng)過(guò)混凝沉淀后，進(jìn)入水解酸化，以滿足生化處理的要求。然而，有機(jī)硅廢水中含有生物毒性和不可生物降解的物質(zhì)，會(huì)抑制微生物的處理效率。因此，有必要通過(guò)預(yù)處理降低生物毒性物質(zhì)，提高可生化性，從而提高后續(xù)生化處理效率。

本研究采用實(shí)際廢水，取自荊州某化工公司有機(jī)硅生產(chǎn)車間。針對(duì)廢水pH值低、含鹽量高的特點(diǎn)，采用鐵炭微電解預(yù)處理提高可生化性。旨在探索鐵炭微電解作為預(yù)處理工藝的優(yōu)勢(shì)和降解動(dòng)力學(xué)，為有機(jī)硅廢水預(yù)處理提供一條可行的途徑。

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

廢水取自荊州市某化工有限公司，氣味刺鼻，色度低，近透明，有明顯白色懸浮物。廢水中主要有機(jī)物為氯仿、硅醇、硅醇醚，主要無(wú)機(jī)物為HCl。其水質(zhì)特征為:COD2280 ~ 2450mg毫克/升，pH1.85~2.3，NH3-N70 ~ 78毫克/升

1.2實(shí)驗(yàn)裝置

鐵碳微電解裝置的有效容積為10L，鐵碳含量為460g/L，鐵碳比約為1:1，填充率為80%。碳填料為顆粒活性炭，零價(jià)鐵填料為鐵屑(取自荊州某機(jī)械加工廠)。通氣體積流量為3L/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為3小時(shí)。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

微電解實(shí)驗(yàn)前，將活性炭在5L有機(jī)硅廢水中浸泡5m5min，浸泡兩天，每隔8小時(shí)更換一次。鐵屑用10%NaOH煮沸5分鐘，冷卻后用5%硫酸活化5分鐘。加入5L廢水，曝氣3h。

1.4分析方法

COD用重鉻酸鉀法測(cè)定，pH用電極法測(cè)定。

2.結(jié)果和討論

2.1鐵炭微電解法和Fenton法預(yù)處理有機(jī)硅廢水的比較

兩種預(yù)處理工藝對(duì)COD去除的影響。

從上表1可以看出，原水微電解反應(yīng)3h后，COD去除率達(dá)到44.9%，可生化性達(dá)到0.29，達(dá)到生化處理范圍，pH值也提高到5.8，降低了后續(xù)調(diào)節(jié)的成本。相比之下，F(xiàn)enton氧化后，COD去除率僅為35.5%，但可生化性明顯提高，對(duì)后續(xù)生化處理有明顯幫助。王云波等采用兩級(jí)Fenton氧化預(yù)處理有機(jī)硅廢水，COD去除率達(dá)到89.2%，預(yù)處理效果明顯。但是酸堿的加入量太大。綜合處理成本考慮，鐵炭微電解優(yōu)勢(shì)明顯。

2.2動(dòng)態(tài)分析

微電解過(guò)程中，COD和pH隨時(shí)間的變化如圖2所示。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，探討了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)降解機(jī)理。

在處理成分復(fù)雜的工業(yè)廢水時(shí)，很難對(duì)其中單一成分進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。鐵炭微電解氧化后，以COD綜合指數(shù)為分析對(duì)象，對(duì)鐵炭微電解氧化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析。用Ct、-ln(Ct/C0)和-(1/C0-1/Ct)對(duì)時(shí)間T作圖(其中C0是初始濃度，Ct是時(shí)間T時(shí)的濃度)，通過(guò)線性擬合得到相關(guān)系數(shù)，零級(jí)、一級(jí)和二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的線性擬合相關(guān)系數(shù)分別為0.91、0.96和0.98。有研究者發(fā)現(xiàn)，鐵炭微電解處理有機(jī)物的降解動(dòng)力學(xué)大多符合低級(jí)反應(yīng)。在有機(jī)硅廢水的處理中，零級(jí)、一級(jí)和二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的線性擬合相關(guān)系數(shù)相差不大，故判定為一級(jí)反應(yīng)。

一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型為:Ct=C0e-kt。用Origin軟件模擬COD與時(shí)間的關(guān)系。

擬合模型為:y=a*e-bx

一級(jí)反應(yīng)方程為y=2271e-0.00356x，反應(yīng)速率常數(shù)為0.00356min-1，擬合相關(guān)系數(shù)為0.96，表明鐵炭微電解處理有機(jī)硅廢水的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)可以很好地用一級(jí)反應(yīng)進(jìn)行擬合。

3.結(jié)論

研究了野生鐵碳微電解法預(yù)處理有機(jī)硅廢水的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。在預(yù)處理方面，鐵炭微電解比Fenton具有更好的處理效果和更低的處理成本。鐵炭微電解更適合處理含揮發(fā)性物質(zhì)的有機(jī)硅廢水。處理有機(jī)廢水時(shí)，其降解動(dòng)力學(xué)符合一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)方程為y=2271e-0.00356x，反應(yīng)速率常數(shù)為0.00356min-1。(來(lái)源:長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院湖北荊州環(huán)?？萍加邢薰?

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