卷烟厂焦油废水处理技术

来源：环境工程学报更新时间：2014-10-21

卷烟厂的焦油废水中，主要污染物是悬浮物和有机物质。废水中的固体悬浮物主要是烟叶、烟丝碎料等加工卷烟时的残余物。另外，废水中还存在着许多胶体性的污染物，如尼古丁(烟碱)、烟焦油(烟油)和十余种亚硝胺类物质等。此类废水具有色度高，CODCr值高，可生化差，难降解等特点，如果不经处理直接排放，会给环境带来严重的危害。焦油废水处理主要有物化处理、生化处理以及多种处理工艺结合处理等方法。微电解作为一种新型的水处理技术，逐渐引起国内外的重视，已有的研究表明微电解方法对降低废水COD、色度以及毒性有良好的效果。本研究采用铁炭微电解方法处理卷烟厂焦油废水，考察了不同因素对处理效果的影响，为该类废水的达标排放提供一条崭新的途径。

1 实验方法

将焦油废水水样稀释约1300倍，此时，水样的CODCr在重铬酸钾法(GB11914-89)测定检出限范围内。用量筒量取50mL稀释好的废水样倒入100mL的宽口锥形瓶中，加入适量NaCl，一定比例的Fe和C，用HCl调节水样的pH值，然后用搅拌器搅拌反应一定的时间;(通过前期的一系列准备实验估定大致的实验条件:加入的Fe质量浓度量固定在20g/L，NaCl在200mg/L左右，pH值在3左右，搅拌反应时间定为30min)，反应后，用NaOH调节水样的pH到10左右，此时水溶液中出现墨绿色絮状物，用真空泵抽滤;测定处理后水样CODCr值，计算去除率。

2 结果分析

2.1铁炭比对CODCr去除率的影响

控制其他反应条件不变，氯化钠投加量为200mg/L，pH值为3，搅拌时间为30min，将铁的投加量固定为20g/L，在不同的铁炭比(Fe∶C=5∶1、4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5)条件下进行反应。测定各水样CODCr值，计算CODCr的去除率，结果见表1。

由实验结果可知在Fe的用量不变时，随着Fe∶C比值的降低，CODCr的去除率大体不断上升，当Fe∶C=1∶3时，去除效果最佳。造成这种现象的原因可能为当水样中Fe的含量固定时，在一定的范围加入C，可以增加微电解体系中的原电池的数量，因此可以提高对有机物的去除率;但当体系中C的含量过多时，C在反应中可能会更多地起吸附作用，吸附作用去除CODCr的量可能比微电解反应去除CODCr的量少，因此抑制了原电池的电极上的化学反应，导致废水的COD的去除效率在总体上降低;活性C颗粒是一种多孔性的材料，混入Fe中后，不仅能与Fe形成原电池、吸附水中的污染物，还可以使Fe之间保持一定的距离，一定的间隔能够促进原电池反应。但是，如果加入的C的数量太多，Fe之间的间距太大，反而阻隔了微电解系统的形成，影响处理效果。

2.2pH值对CODCr去除率的影响

控制其他反应条件不变，铁炭质量比为1∶3，氯化钠投加量为200mg/L，搅拌时间为30min，在不同的pH值(1、2、3、4、5)下进行反应。测定各水样的CODCr值，计算CODCr去除率，结果见图1。

由图1可知，当pH为2时CODCr的去除率最高，故最佳pH为2。其可能的原因是在pH值较小时，反应体系处于酸性环境中，水样里有许多H+促进系统中的反应。同时，H+在酸性的条件下得到两个e，形成在反应中很活跃的新生态［H］，［H］可以和焦油水样中的一些有机污染物质反应，从而对有机物质的基团结构造成破坏甚至使之断链，使有机物的性质发生改变，导致CODCr去除率较高;pH值较小时，Fe和C之间的电位差会增大，从而加快电极发生反应的速率，改善反应的去除效果;微电解体系在pH偏小的环境中比较容易较生成Fe2+，促进Fe2+的氧化作用，改善处理效果;其次铁炭微电解体系在pH值较小的系统里，对铁电解有利。但是，如果pH太低，不仅会加快Fe的腐蚀速度，Fe的耗费量增大，而且在调节pH值时要用大量的酸，HCl的损耗也大，所以酸性过低并不好。同时，如果废水里含有太多的酸，就会不利于氢氧化亚铁的形成，氢氧化亚铁的絮凝作用会被削弱，不利于后续的混凝沉降。

2.3氯化钠投加量对CODCr去除率的影响

控制其他反应条件不变，铁炭质量比为1∶3，pH值为2，搅拌时间为30min，在不同的氯化钠投加量(100、200、300、400、500mg/L)下进行反应。测定各水样CODCr值，计算CODCr的去除率，结果见图2。

由图2可知，当氯化钠投加量为200mg/L时，CODCr的去除率最高，但与最低的去除率差别不大。氯化钠在铁炭微电解的反应体系中主要起着辅助作用，氯化钠可以增加反应体系中的电解质，改善溶液的导电性，促进原电池的形成。

2.4搅拌反应时间对CODCr去除率的影响

控制其他反应条件不变，铁炭质量比为1∶3，pH值为2，氯化钠投加量为200mg/L，在不同的搅拌反应时间(10、20、30、45、60、75、90、120min)下进行反应。测定各水样CODCr值，计算CODCr去除率，结果见图3。

由图3可知，随搅拌时间的增加，CODCr的去除率逐渐最高，当45min时达到最大值。随着搅拌反应时间的延长，Fe和水样有足够的时间充分接触，水样中的各种反应也可以充分地进行，Fe和C都能很好地发挥各自的作用，有利于去除水样中的有机物。但是，如果搅拌反应时间太长，水样中发生的各种反应都有一定的平衡系数，并不可以无限地发展下去。所以，在系统进行了一定时间的反应以后，CODCr的去除率几乎不再变化，趋于平稳。另外，搅拌反应时间过长不仅降低了处理的效率，还会增加Fe的消耗，使处理的费用上升，也不利于在实际工程中应用。

2.5正交试验设计

正交试验设计法利用正交表，科学地挑选有代表性的试验条件，合理安排实验进程，是一种对多因素实验进行分析的科学、有效的方法。正交试验设计法可以在减少试验次数的情况下保证试验的可行。铁炭微电解处理农药中间体废水正交试验设计及数据见表2。

正交试验结果分析:

(1)根据上表可知:在这个正交试验中，四个影响因素的各个水平的3个值中，的值均为最大。数据说明，铁炭微电解法处理卷烟厂的焦油废水的最佳条件组合是:Fe∶C为1∶3;NaCl的投加量为200mg/L;pH值为2;搅拌反应时间为45min。根据理论分析，按照这个反应条件处理卷烟厂的焦油废水，去除CODCr的效果应该为最佳状态。

(2)通过各个因素的方差进行比较:Fe∶C、pH值、NaCl的投加量、搅拌反应时间这几列的方差分别是5.22%、10.97%、3.54%和1.33%。由此可知:在本试验中，pH值对实验处理效果的影响最大，其次是Fe∶C，NaCl，搅拌反应时间的影响最小。

(3)正交试验设计充分考虑到了影响CODCr去除效果的四个主要因素的作用，综合并且全面地评估了各个工艺参数。通过正交实验设计，可以克服单个因素的不完善，充分发挥了各个工艺参数的联合作用，使铁碳微电解法处理卷烟厂的焦油废水时CODCr去除效率达到最佳状态。

由正交试验的数据分析已知:本实验的最佳条件为Fe∶C=1∶3，NaCl的投加量为200mg/L，pH为2，搅拌反应时间为45min。用该条件处理卷烟厂的焦油废水，进行三组平行实验，测定这三个水样的CODCr值，计算其去除率，从而验证该条件是否最佳。实验数据见表3。