姚 猛，唐曉麗，張志遠

（中國石化安全工程研究院，山東 青島 266071）

活性炭三維電極法處理成品油庫廢水

姚 猛，唐曉麗，張志遠

（中國石化安全工程研究院，山東 青島 266071）

采用活性炭三維電極法對成品油庫廢水進行了試驗研究，分別考察了電解時間、曝氣強度、進水pH值和電解電壓對成品油庫廢水處理效果的影響，最終確定最佳處理效果的工藝條件為：電解時間為90 min，曝氣強度為15 L/min，進水pH值為3，Fe2+投加量為1.0 g/L，電解電壓為20 V。在最佳實驗條件下，廢水中COD去除率可以達到82%以上。

三維電極；活性炭；成品油庫；廢水處理

成品油庫主要用來儲存汽油和柴油，成品油庫污水主要包括油罐切水、油罐清洗水、地沖洗水、受污染的初期雨水和卸、發(fā)油區(qū)沖洗水等，具有排水不連續(xù)和水量、水質波動大等特點。因為成品油庫具有上述特點，加之石化企業(yè)成品油庫往往不配備專業(yè)污水處理工人，所以傳統(tǒng)的生物處理法無法應用于成品油庫廢水處理。目前，成品油庫污水主要采用隔油—氣浮—生化工藝進行處理[1]。

三維電極法是在傳統(tǒng)的二維電解槽的陰、陽極間填充顆粒狀工作電極材料，與二維電極法相比，其電解槽中的每一個工作電極粒子均成為一個獨立的立體電極，粒子兩端同時發(fā)生電化學氧化、還原反應，極大縮短了傳質距離，提高了電流效率[2]。同時，粒子之間構成的大量微電解池可以產生具有強氧化性的羥基自由基·OH，提高水處理效果。本研究采用活性炭三維電極法對成品油庫廢水進行處理。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與設備

實驗用水采集自某成品油庫隔油池出口，廢水中COD為1 000 mg/L，石油類為31.7 mg/L，pH值為6.5～7.5。三維電極反應器電解槽采用有機玻璃制成，尺寸為16 cm×12 cm×23 cm， 因為RuO2-IrO2-TiO2/Ti電極具有良好的電催化活性及比較高的電化學穩(wěn)定性[3]，故本實驗陽極采用RuO2-IrO2-TiO2/Ti板電極，陰極采用石墨板電極，電極板規(guī)格為20 cm×11 cm。極板間填充粒徑1～3 mm顆?；钚蕴?。電解采用直流穩(wěn)壓恒流電源，電壓為0～35 V，電流為0～10 A。采用小型空壓機曝氣，空氣由電解槽底部經多孔板均勻散布。實驗前將極板和活性炭在原水中浸泡至吸附飽和，消除吸附作用對實驗結果的影響，用鹽酸調節(jié)原水pH值至酸性。

1.2 分析方法

COD采用重鉻酸鉀法測定；pH采用玻璃電極法測定。

2 結果與分析

2.1 電解時間對COD去除率的影響

在pH值為3.0、極板間距為5 cm，電壓為20 V、Fe2+投加量為1.0 g/L、曝氣強度為15 L/min的實驗條件下，考察電解時間對COD去除率的影響，結果如圖1所示。

圖1 電解時間對COD去除率的影響

從圖1可以看出，在其他參數一定的條件下，COD去除率隨電解時間的增加而增加。電解前60 min，COD去除速率較快，90 min時COD去除率達到82.1%，之后COD去除率基本趨于平緩。反應初期，因為水中COD濃度較高，電解過程中不斷產生的·OH與水中有機物發(fā)生反應，加之進水中的有機物迅速分散到大量活性炭顆粒之間，在活性炭顆粒形成的微電解池中被降解，極大提高了COD的去除速率。隨著反應的不斷進行，水中有機物濃度不斷下降，水中pH值不斷升高，Fe2+在水中不斷形成絮狀物，影響了活性炭顆粒的懸浮狀態(tài)，減少了工作電極數量，覆蓋了部分活性中心，減弱了有機物在顆粒電極表面的降解作用，從而使COD去除率變緩[4]。從實驗結果來看，電解時間應控制在90 min為宜。

2.2 曝氣強度對COD去除率的影響

在pH值為3.0、極板間距為5 cm、電壓為20 V、Fe2+投加量為1.0 g/L、電解時間為90 min的條件下，考察曝氣強度對COD去除率的影響，結果如圖2所示。

圖2 曝氣強度對COD去除率的影響

從圖2可以看出，隨著曝氣強度的不斷增大，水中COD的去除率呈現出先增后減的走勢，這是因為合適的曝氣強度可以使廢水均勻分布于活性炭顆粒之間，促進水中有機物向微電極的傳質，有利于有機物的降解。同時，曝氣產生的氣泡可以促進活性炭顆粒的擾動和摩擦，有利于去除顆粒表面的鈍化膜，加快有機物向顆粒表面的傳質速率。當曝氣強度不斷增大，有機物無法有效分散到活性炭顆粒表面，微電極的電解作用減弱，有機物無法被有效降解。所以過高的曝氣強度不但增加處理成本，也不利于COD的去除[5]。因此，本實驗確定的合理曝氣強度為15 L/min。

2.3 進水pH值對COD去除率的影響

調節(jié)進水pH值在1～6的范圍內，在極板間距為5 cm、電壓為20 V、Fe2+投加量為1.0 g/L、電解時間為90 min的條件下，考察進水pH值對COD去除率的影響，結果如圖3所示。

圖3 進水pH值對COD去除率的影響

由圖3可以看出，進水pH值由1到6的過程中，水中COD去除率呈現出先增加后降低的走勢，pH值在3左右時，COD去除率最高。這是因為電解槽中廢水的酸堿度直接影響極板表面·OH產生。pH值過低，水中H+離子濃度過高，陰極產生的H2O2捕獲水中的質子形成的H3O2+顯示出親電子性，減弱了H2O2與Fe2+反應生成·OH的效果。pH值較高時，Fe2+會生成Fe（OH）3沉淀，Fe2+濃度降低，影響了·OH的生成，同時，較高的pH值會導致H2O2無效分解，影響處理效果[6]。所以，本實驗確定的最佳pH值為3。

2.4 Fe2+投加量對COD去除率的影響

在pH值為3.0、極板間距5 cm、電壓為20 V、曝氣強度為15 L/min的實驗條件下，考察Fe2+投加量對COD去除率的影響，結果如圖4所示。

圖4 Fe2+投加量對COD去除率的影響

從圖4可以看出，Fe2+投加量由0.25 g/L增加至1.5 g/L的過程中，水中COD去除率呈現先增加后降低的走勢，Fe2+投加量為1.0 g/L時，去除率最高。向水中投加的Fe2+與陰極生成的H2O2形成的Fenton試劑可以產生·OH，有利于COD被氧化降解。當投加的Fe2+超過1.0 g/L時，就會發(fā)生反應：·OH+Fe2+→Fe3++OH-；同時，·OH也會發(fā)生自身反應：2·OH+2·OH→2H2O+O2，導致電解槽中·OH濃度降低，不利于COD被氧化去除。

2.5 電解電壓對COD去除率的影響

在pH值為3.0、極板間距5 cm、Fe2+投加量為1.0 g/L、曝氣強度為15 L/min的實驗條件下，考察電解槽電壓的變化對COD去除率的影響，結果如圖5所示。

從圖5可以看出，電解電壓由10 V增加至30 V的過程中，水中COD去除率呈現出先增加后降低的走勢，電壓為20 V時，去除率最高。這是因為隨著電壓的增大，電解槽內電壓梯度上升，電流密度增加，活性炭顆粒極化程度增加，·OH產生速率增加，有機物處理效率提高。但隨著電壓的繼續(xù)增大，電極電勢超過析氧、析氫電勢后，活性炭顆粒微電極上的副反應增多，產生大量氣泡，導致有機物無法在活性炭顆粒上有效吸附，氣膜使活性炭顆粒隔開，增大了電阻率，電流密度降低，·OH產生速率下降，造成處理效率下降[7]。所以實驗表明，電解電壓選擇20 V為宜。

圖5 極板間距對COD去除率的影響

3 結論

應用活性炭三維電極法處理成品油庫廢水，COD去除率可以達到82%以上。電解時間、曝氣強度、進水pH值和電解槽電壓均對廢水處理效果有顯著影響。實驗結果表明，最佳工藝條件為：電解時間為90 min，曝氣強度為15 L/min，進水pH值為3，Fe2+投加量為1.0 g/L，電解電壓為20 V。采用活性炭三維電極法處理污水，占地面積小，能耗低，操作簡單，產泥量少，活性炭顆粒再生周期長，對于不適用傳統(tǒng)生物處理法處理廢水的成品油庫，是一種優(yōu)選的處理方法。

[1]馬傳軍，周志國，高陽，等.成品油庫含油污水處理問題與對策[J].安全、健康和環(huán)境，2014，14（4）：37-39.

[2]徐麗娜，趙華章，倪晉仁.陰極材料對三相三維電極反應器電解處理酸性橙7的影響研究[J].環(huán)境科學，2008，29（4）：942-946.

[3]李同泉.厚膜電阻漿料有機載體的改進[J]．電子元件與材料，1997，16（2）：47-49.

[4]李亞峰，趙娜，班福忱，等.三維電極法處理硝基苯廢水[J].沈陽建筑大學學報：自然科學版，2009，25（1）：148-151.

[5]肖凱軍，王新，銀玉容.三維電極-電Fenton耦合法降解硝基苯廢水[J].華南理工大學學報：自然科學版，2010，38（8）：131-133.

[6]倪建國，吳成強，朱潤曄.微電解-電解預處理硝基苯廢水的研究[J].浙江工業(yè)大學學報，2007，35（6）：627-630,645.

[7]X HAN，DK XIA.Study on the Treatment of Phenol and Formaldehyde Waste Water Using Fenton Reagent[J].SP&BMH Related Engineering，2004，32（6）：25-28.

（編輯：程 俊）

Treatment of Product Oil Depot by Three-Dimensional Electrode of Activated Carbon Method

Yao Meng,Tang Xiaoli,Zhang Zhiyuan
（SINOPEC Safety Engineering Institute,Qingdao Shandong 266071,China）

The experimental study of three-dimensional electrode of activated carbon method was carried out on the product oil depot wastewater.The effects of electrolysis time,aeration intensity, influent pH value and electrolytic voltage on treatment effect were investigated,and the best conditions of the process were obtained:electrolysis time is 90 min,aeration intensity is 15 L/min,the influent pH is 3,Fe2+dosage is 1.0 g/L，electrolytic voltage is 20 V.Under the experimental conditions,the removal rate of COD can reach above 82%.

three dimensional electrode,activated carbon,product oil depot,wastewater treatment

X703

A

1008-813X（2017）01-0091-03

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.01.23

2016-12-12

姚猛（1982-），男，山東淄博人，畢業(yè)于蘇州科技大學環(huán)境工程專業(yè)，碩士，工程師，主要從事環(huán)境風險、環(huán)境安全領域的研究和管理工作。