电催化耦合工艺对脂肪酸生产废水的处理

梁吉艳， 张立宝， 孟 静， 李恒洋， 李春林

(沈阳工业大学 理学院， 沈阳 110870)

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

脂肪酸生产废水由辽宁省某脂肪酸生产厂家提供，水质成分如表1所示.由表1可知，酸水浓度与色度高，处理难度大.实验所用试剂名称、等级和生产厂家如表2所示.表2中破乳剂四种型号分别为MQ801、MQ802、MQ804、MQ805.实验器材名称、规格、生产厂家如表3所示.

表1 脂肪酸生产废水化学指标Tab.1 Chemical indexes of fatty acid production wastewater

表2 实验所用试剂Tab.2 Reagents for experiments

表3 实验所用仪器Tab.3 Instruments for experiments

1.2 实验方法

图1 浮选混凝沉淀工艺流程Fig.1 Flow chart of flotation-coagulation precipitation process

1.2.2 铁碳微电解工艺

量取800 mL酸水直接通入微电解体系进行微电解实验，实验过程中加入适量H2O2以有利于油脂的降解，H2O2用量约为5 mg/L.在曝气的同时不断从液面上方滤去油状物质，持续曝气210 min后，加入NaOH将pH调节至7左右，再加入CaO将其调节至9左右，然后经过混凝后静置沉淀30 min.铁碳微电解工艺流程如图2所示.

图2 铁碳微电解工艺流程Fig.2 Flow chart of iron-carbon micro-electrolysis process

1.2.3 电催化氧化工艺

量取400 mL废水置于电解槽中，以Ti/PbO2为阳极，不锈钢为阴极，0.25 mol/L无水硫酸钠溶液为电解质，电流密度为20 mA/cm2，电催化氧化时间为120 min.电催化氧化工艺流程如图3所示.

图3 电催化氧化工艺流程Fig.3 Flow chart of electrocatalytic oxidation process

图4 破乳混凝沉淀工艺流程Fig.4 Flow chart of demulsification-coagulation precipitation process

1.2.5 电催化耦合工艺

图5 电催化耦合工艺流程Fig.5 Flow chart of electrocatalytic coupling process

2 结果与讨论

2.1 工艺对比

表4 不同预处理工艺下的油脂废水处理效果Tab.4 Grease wastewater treatment effects of different pretreatment processes %

2.2 工艺处理机制分析

图6为铁碳微电解工艺和电催化氧化工艺对油脂废水的处理效果.由图6a可见，反应初期铁碳微电解法COD浓度有所升高，这可能是因为废水处理过程受到二价铁离子干扰的缘故，随着反应时间的延长，废水中的COD浓度随之降低.通过对比可知，电催化氧化工艺的COD去除率相对较高.由图6b可见，铁碳微电解工艺和电催化氧化工艺对油脂废水中的TP去除效果较差，但是铁碳微电解工艺在反应时间达到210 min后可有效去除TP，这是因为在混凝阶段加入的CaO能够将pH调节到8.5以上，因而可以有效降低废水中的TP，同时微电解会产生Fe3+，当pH处于一定范围内时可沉降废水中的TP，具体反应表达式为

5Ca2++OH-+3PO43-→Ca5(PO4)3OH↓

Fe3++PO43-→FePO4↓

图6 两种工艺对油脂废水的处理效果Fig.6 Grease wastewater treatment effects of two processes

分析图6可知，虽然当铁碳微电解工艺和电催化氧化工艺单独使用时，均对油脂废水具有降解能力，但降解效果都不理想，因而必须耦合其他工艺进行优化.通过对比电催化氧化工艺和铁碳微电解工艺的处理效果可知，电催化氧化法可以更好地降低废水COD浓度，但对TP去除效果较差，这是由于废水含油量较大，因而会覆盖在电极表面从而使电极表面的活性位点减少，进而导致产生羟基自由基数量减少，故而达不到很好的降解效果.图6b可知，微电解过程对TP去除效果较差，但反应210 min后的混凝阶段可有效去除废水中的总磷.综上所述，由于含油废水的电导率较低、传质效果较差，当单独采用电催化氧化工艺或铁碳微电解工艺时，均不利于含油废水的处理，因此，选用电催化耦合工艺对油脂废水去除进行优化是很有必要的.

2.3 破乳剂优化

图7 四种破乳剂的COD和TP去除率Fig.7 COD and TP removal rates of four demulsifiers

由图7可知，当采用MQ801型破乳剂时，废水的COD去除率和TP去除率均最高，因此，MQ801型破乳剂的废水处理效果较好.当选用MQ801型破乳剂与破乳混凝沉淀耦合电催化氧化工艺(电催化耦合工艺)对油脂废水进行处理时，废水中的COD去除效果可以达到98.82%，TP去除效果可以达到95.62%，满足企业要求生化标准.可见，利用电化学耦合工艺处理油脂废水效果显著，COD去除率和TP去除率明显高于其他处理工艺，这是由于电催化耦合工艺中各模块通过协同处理可以发挥最大作用.

3 结 论

通过以上分析可以得到如下结论：

3) 电催化耦合工艺对油脂废水处理效果最好，工艺简单，可根据排放标准进行参数调节，直至出水达标排放，且对环境二次污染较低.

4) 对比MQ801、MQ802、MQ804、MQ805四种型号破乳剂的处理效果可知，MQ801型破乳剂的破乳效果最佳，可配合电催化耦合工艺使用.