煤焦油加工廢水分類上屬于焦化廢水，但其污染物含量不同于常規(guī)焦?fàn)t廢水，其特點(diǎn)是氨氮含量相對較低，難降解物質(zhì)（如酚類及多環(huán)芳烴和雜環(huán)烴類）含量較高，成分更復(fù)雜。目前，對該類廢水處理主要采用Ａ/Ｏ或Ａ2/Ｏ等生物處理工藝去除大部分的有機(jī)物和氨氮。但研究表明，單一的生物處理幾乎無法實(shí)現(xiàn)廢水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。傳統(tǒng)深度處理技術(shù)主要采用混凝沉淀或活性炭吸附等。新型深度處理技術(shù)包括鐵碳微電解及Fenton氧化等，但化學(xué)混凝及鐵碳微電解法對有機(jī)物的去除率較低，色度去除效果較差；Fenton氧化法處理效果較好，但因其操作復(fù)雜、藥劑費(fèi)用高及產(chǎn)生廢泥等缺點(diǎn)，目前應(yīng)用并不廣泛。
三維電極是在傳統(tǒng)電解槽二維極板間裝填粒狀活性炭工作電極，能夠增加電解反應(yīng)器的面體比，提高反應(yīng)傳質(zhì)效率和電解電流效率，從而增強(qiáng)水處理效技術(shù)包括鐵碳微電解及Fenton氧化等，但化學(xué)混凝及鐵碳微電解法對有機(jī)物的去除率較低，色度去除效果較差；Fenton氧化法處理效果較好，但因其操作復(fù)雜、藥劑費(fèi)用高及產(chǎn)生廢泥等缺點(diǎn)，目前應(yīng)用并不廣泛。三維電極是在傳統(tǒng)電解槽二維極板間裝填粒狀活性炭工作電極，能夠增加電解反應(yīng)器的面體比，提高反應(yīng)傳質(zhì)效率和電解電流效率，從而增強(qiáng)水處理效果，且操作方便、無二次污染。本文采用流化床三維電極反應(yīng)器深度處理煤焦油加工廢水的生化出水，采用鈦電極電極替代傳統(tǒng)電Fenton試劑體系中的鐵陽極，避免在電解過程中產(chǎn)生大量的 Fe２＋、Fe３＋。本文對電解條件和COD去除率、脫色率、B/C改善進(jìn)行了考察，并對其降解機(jī)理進(jìn)行了初步分析。
COD去除率隨ｐＨ值增大而降低，且PH＝１時(shí)的COD去除率可達(dá)85％以上，而PH＝10時(shí)COD去除率僅為30％左右?？梢娝嵝詶l件下有助于提高電解效果?？紤]到調(diào)酸耗藥量和電解耗電的經(jīng)濟(jì)性，取ｐＨ＝２為ｐＨ優(yōu)化值。
電場強(qiáng)度及電解時(shí)間對電解效果的影響: 在所有電場強(qiáng)度梯級(jí)上，COD去除率均隨電解時(shí)間的增加而升高，但在電解反應(yīng)初始６０min內(nèi)，COD去除率隨電解時(shí)間的增加而迅速上升，隨后上升速度趨緩；COD去除率隨電場強(qiáng)度的增加而增加，電場強(qiáng)度由0.5V/cm增至1.5V/cm時(shí)，COD去除率顯著提高；大于1.5V/cm時(shí)COD去除率增幅減緩。
曝氣強(qiáng)度對電解效果的影響: 控制電場強(qiáng)度為1.5V/cm，活性炭加入量為100g/L,PH=2, 選擇曝氣強(qiáng)度范圍０～３０m3/（m2.ｈ），考察曝氣強(qiáng)度對電解效果的影響,隨曝氣強(qiáng)度的增大，COD去除率升高。曝氣量為０時(shí)，活性炭粒子沉積在電解槽的底部形成擴(kuò)展性電極，降低了電解電流效率，COD去除率低；曝氣強(qiáng)度從０增至３０m3/（m2·ｈ）時(shí)，粒子電極逐漸實(shí)現(xiàn)流化狀態(tài)；曝氣強(qiáng)度大于３０m3／（m2·ｈ）后粒子電極保持流化狀態(tài)，繼續(xù)增加曝氣強(qiáng)度COD去除率上升幅度趨緩。推測曝氣作用主要不是體現(xiàn)在供氧上，而體現(xiàn)在維持粒子電極流化狀態(tài)。
活性炭加入量對電解效果的影響：控制電場強(qiáng)度為.5V/cm，曝氣強(qiáng)度為３０m3／（m2·ｈ），ｐＨ＝２，改變活性炭加入量分別為０、25、50、75、100、125、150、175、200ｇ/Ｌ，考察其對電解效果的影響。隨活性炭加入量的增大，COD去除率也隨之增大。投加量為０時(shí)，反應(yīng)器相當(dāng)于二維電極反應(yīng)器，COD去除率僅為３０％ ～３５％?；钚蕴考尤肓繛?5~100g/L時(shí)，COD去除率效果增幅明顯?；钚蕴考尤肓看笥?00g/L后，對COD的去除率提高不明顯?？赡艿脑蚴腔钚蕴繚舛冗^高，電解槽內(nèi)形成擴(kuò)展電極帶來COD去除負(fù)效應(yīng)，抵消了部分電極數(shù)增加的對COD去除正效應(yīng)。該試驗(yàn)優(yōu)化活性炭加入量為100g/L。
流化床三維電極對廢水的處理效果及B/C的影響: 在優(yōu)化電解條件下，對電解進(jìn)水及出水進(jìn)行COD、BOD和色度分析。焦化廢水在經(jīng)過長時(shí)間的生化處理后Ｂ/Ｃ（BOD５／CODｃｒ）只有0.075，繼續(xù)生化處理已經(jīng)沒有效果。經(jīng)過三維電極電解，生化出水Ｂ/Ｃ有較大改善，不但COD去除率可以達(dá)到70.３％，色度脫除率84％，同時(shí)Ｂ/Ｃ提高了3.6倍，說明部分難降解物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)電解后發(fā)生了變化，生化性得到了較大提高。
焦化廢水電解前后的紫外光譜和色譜分析:在優(yōu)化電解條件下，對電解進(jìn)水及出水進(jìn)行紫外光譜掃描，電解出水中污染物的紫外吸收峰較進(jìn)水大大降低，特別在254和300nm左右的苯及其衍生物區(qū)以及400nm左右的可見光區(qū)吸收峰減小顯著，表明部分有機(jī)物在電解反應(yīng)過程被降解和轉(zhuǎn)化。根據(jù)文獻(xiàn)可以推斷，紫外吸收峰的變化及色度的減少可能是由于電解反應(yīng)中陽極電氧化作用產(chǎn)生的羥基自由基具有的氧化作用以及陰極電還原作用使苯系化合物發(fā)生苯環(huán)開環(huán)或所含有的發(fā)色基團(tuán)及發(fā)色基團(tuán)共軛體系受到破壞，從而降低了出水的COD和色度。
對電解進(jìn)水及出水進(jìn)行高效液相色譜分析，電解處理后生化廢水在液相譜圖上的吸收峰較處理前減少，保留時(shí)間為6.150、4.853和10.333min處峰消失，顯示了該類物質(zhì)可能發(fā)生徹底降解。在3.585min處的主要吸收峰的面積約占總面積的80％，電解反應(yīng)后吸收峰面積下降了62％，表明該物質(zhì)的量大大降低。保留時(shí)間為3.890min左右的吸收峰面積由進(jìn)水的96.081 82mAU·s升高到158.877 94mAU.s，增加了64％。說明在電解反應(yīng)過程中，水相中化合物成分發(fā)生了轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致部分化合物濃度升高。同時(shí)，電解出水在4.184min處出現(xiàn)新峰，說明有新的中間產(chǎn)物生成。結(jié)合COD的去除率、Ｂ/Ｃ和紫外分析結(jié)果，表明電極表面發(fā)生的氧化還原反應(yīng)造成了部分有機(jī)物質(zhì)的直接礦化。同時(shí)，三維電極反應(yīng)器中的電極反應(yīng)使苯的衍生物化學(xué)鍵受到破壞，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子物質(zhì)可能轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)簡單的小分子物質(zhì)，使色度降低，廢水的可生化性提高。
結(jié)論: 通過實(shí)驗(yàn)確定了該流化床三維電極反應(yīng)器最佳反應(yīng)條件：反應(yīng)時(shí)間為６０min，電場強(qiáng)度1.5V/cm，曝氣強(qiáng)度為３０m3/（m2·ｈ），ｐＨ＝２，活性炭加入量為100g/L。最佳反應(yīng)條件下，出水CODｃｒ?yàn)?5mg/Ｌ，去除率達(dá)到70％以上，色度４０倍，Ｂ/Ｃ提高了３倍。廢水處理前后紫外吸收光譜及高效液相色譜分析結(jié)果表明，廢水中部分化合物發(fā)生了徹底降解；電解能夠改變廢水成分組成并生成中間產(chǎn)物，廢水中成分的變化，可能使出水可生化性提高。