铁碳微电解预处理有机硅废水的应用研究

刘超斌 张丹 刘喆

【摘 要】采用铁碳微电解工艺处理有机硅废水，研究铁碳微电解作为预处理单元的优势及其反应动力学方程。研究表明：铁碳微电解在处理含有较多挥发性物质的有机硅废水时，比单级Fenton法具有更好的处理效果和更低的处理费用，而且它在处理有机硅废水的反应动力学模型符合一级反应，其反应方程式为y=2271e-0.00356x，反应速率常数为0.00356min-1。

【关键词】铁碳微电解;Fenton;有机硅废水;反应动力学

中图分类号： X703 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）23-0246-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.117

【Abstract】The treatment of organosilicon wastewater by iron-carbon microelectrolysis was carried out to study the advantages of iron-carbon microelectrolysis as a pretreatment unit and its reaction kinetic equation.Studies have shown that iron-carbon microelectrolysis has better treatment effect and lower processing cost than single-stage Fenton method in the treatment of silicone wastewater containing more volatile materials，and its reaction kinetics in the treatment of organosilicon wastewater.The model conforms to the first-order reaction，and its reaction equation is y=2271e-0.00356x，and the reaction rate constant is 0.00356min-1.

【Key words】Iron-carbon microelectrolysis;Fenton;Silicone wastewater;Reaction kinetics

有机硅具有绝热、绝缘、耐腐蚀和优良的表面活性等特性，是一类重要的化工产品，需求量日益增加，产品类型也不断丰富，至2017年，我国已成为有机硅产品的生产和消费的大国之一[1]。同时，有机硅生产废水的排放量也在快速增长，对环境的压力也日益增大。有机硅废水具有组成成分复杂，并且pH低、氯离子和含盐量高，具有生物毒性和难生物降解等特点[2]，具有较高的处理难度。

本研究水样来自荆州市某化工有限公司有机硅生产车间的生产废水，目前该有机硅生产车间废水采用以A/O法为主的生物处理，进水处通过石灰石初步调节pH，后进入调节池添加液态氢氧化钠调节pH，经过混凝沉淀后进入水解酸化，达到生化处理要求。但有机硅废水中含有生物毒性和难生物降解物质，会抑制微生物的处理效率，所以需要通过预处理减少有生物毒性物质并且提高可生化性，以此提高后续生化处理效率[3]。

本研究采用实际废水，废水取自荆州市某化工有限公司有机硅生产车间。根据废水低pH高盐等特点，采用铁碳微电解预处理，提高可生化性。旨在探究铁碳微电解作为预处理工艺的优点及其降解动力学，为有机硅废水预处理处理提供一条可行的途径。

1 实验部分

1.1 实验水质

废水取自荆州市某化工有限公司，该废水有刺激性气味，色度较低，近似透明，有明显白色悬浮物。废水中的主要有机物为三氯甲烷、硅醇和硅醚等;主要无机物为HCl。其水质特征：COD2280～2450mg/L，pH1.85～2.3，NH3-N70～78mg/L。

1.2 实验装置

铁碳微电解装置的有效容积为10L，铁碳含量为460g/L，铁碳比约为1：1，填充比为80%。碳填料为颗粒状活性炭，零价铁填料为铁刨花（取自荆州某机械加工厂）。曝气体积流量为3L/min，反应时间为3h。

1.3 实验方法

微电解实验之前用5L有机硅废水浸泡活性炭，浸泡两天，每8h更换一次;将铁刨花10%NaOH煮沸5min，待冷却后用5%硫酸活化5min。加入5L废水，并且曝气反应3h。

1.4 分析方法

COD采用重铬酸钾法测定;pH采用电极法测定。

2 结果与讨论

2.1 铁碳微电解与芬顿对有机硅废水预处理的对比

两种预处理工艺对COD的去除效果。

由上表1可知，原水经微电解反应3h后，COD去除率达到了44.9%，可生化性达到了0.29，达到生化处理范围，pH也提升到了5.8，为后续调节减少成本。相比之下，经过Fenton氧化后，COD去除率只达到35.5%，但可生化性明显升高，对于后续生化处理具有明显的帮助。王云波[4]等运用二级Fenton氧化预处理有机硅废水，COD去除率达到了89.2%，具有较明显预处理效果。但其酸碱的加量过大，综合处理成本上考虑，铁碳微电解具有较明显的优势。

2.2 动力学分析

微电解过程中，COD、pH随时间变化如图2。通过对数据进一步分析探究其反应动力学降解机理。

在处理成分复杂的工业废水时，很难对于其中的单一成分进行动力学分析，经铁碳微电解氧化后，以COD综合指标为分析对象进行铁碳微电解氧化动力学分析[5]。以Ct、-ln（Ct/C0）、-（1/C0-1/Ct）对时间t作图（其中C0是初始浓度，Ct是t时刻浓度），进行线性拟合并得出其相关系数，得到零级、一级和二级反应动力学线性拟合相关系数分别为0.91、0.96和0.98。有研究者[6-7]探究铁碳微电解处理有机物时，发现其降解动力学多符合低级反应。在处理有机硅废水时，零级、一级和二级反应动力学线性拟合相关系数相差不大，由此判定为一级反应。

一级反应动力学模型为：Ct=C0e-kt。通过Origin软件对COD随时间变化关系进行模型拟合。

拟合模型为：y=a*e-bx

得到一级反应方程式为y=2271e-0.00356x，反应速率常数为0.00356min-1，拟合相关度为0.96，说明铁碳微电解处理有机硅废水的反应动力学可以采用一级反应较好的拟合。

3 結论

考察了“铁碳微电解法”在预处理有机硅废水时的特点及优势。在预处理中，铁碳微电解相比Fenton具有更好的处理效果和更低的处理成本，铁碳微电解更适合处理含挥发性物质的有机硅废水，在处理有机废水时其降解动力学符合一级反应，其反应方程式为y=2271e-0.00356x，反应速率常数为0.00356min-1。

【参考文献】

[1]张爱霞，陈莉，李文强，等.2017年国内有机硅进展[J].有机硅材料，2018，32（3）：229～255.

[2]幸松民.有机硅合成工艺及产品应用[M].北京：化学工业出版社，2003.

[3]郭俊，胡晓东，石云峰，等.铁碳微电解-Fenton氧化预处理头孢菌素废水应用性研究[J].水处理技术，2015，02：113-116.

[4]王云波，谭万春，郑思鑫，等.二级Fenton氧化高浓度有机硅废水研究[J].环境工程学报，2010，4（4）.

[5]冯可，李凤，陈叶萍，等.臭氧预处理二硝基重氮酚工业废水动力学[J].水处理技术，2018，10（44）.