低溫干餾（500~600 ℃）過(guò)程中生產(chǎn)的產(chǎn)品稱(chēng)為蘭炭。蘭炭廢水來(lái)源于生產(chǎn)過(guò)程中冷卻洗滌煤氣的循環(huán)水及干餾爐底部用來(lái)冷卻高溫蘭炭用的熄焦水。其水質(zhì)特點(diǎn)與來(lái)源，與所用原料煤的煤種，中低干餾的工藝以及對(duì)化工產(chǎn)品加工的深度等因素有關(guān)。與焦化廢水相比，氨氮、酚類(lèi)的濃度也遠(yuǎn)高于焦化廢水，但氰化物及硫化物濃度低于焦化廢水，其中含有大量未被高溫氧化的污染物，其濃度要比焦化廢水高出10 倍左右。

目前，國(guó)內(nèi)罕有成熟的處理工藝與成功的工程實(shí)例。電化學(xué)絮凝技術(shù)是一種通過(guò)電化學(xué)氧化反應(yīng)集成電化學(xué)、化學(xué)混凝、氣浮3 種技術(shù)的組合工藝，通過(guò)電極反應(yīng)產(chǎn)生的氧化劑和產(chǎn)生的絮凝劑的作用來(lái)降解和消除廢水中的有機(jī)物，電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡上浮帶出部分有機(jī)物而使COD 得以去除。其核心的內(nèi)容是絮凝劑的生成。與化學(xué)混凝法相比，電絮凝技術(shù)因其電極材料易得，不需要另外添加化學(xué)藥劑，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便而逐漸成為廣泛應(yīng)用的一種綠色、環(huán)境友好的污水處理方法，可以作為化學(xué)混凝的替代技術(shù)。針對(duì)電絮凝處理蘭炭廢水的研究鮮有報(bào)道，由培遠(yuǎn)等采用電絮凝法作為焦化生化外排水的深度處理，電解槽配攪拌機(jī)攪拌，以鐵為陽(yáng)極，石墨為陰極，工藝在pH 為8，極板距為3 cm，電流密度為7mA/cm2 時(shí)，COD 去除率為41.6%。吳克明等采用鋁陽(yáng)極電絮凝預(yù)處理高濃度焦化廢水，得出最佳工藝條件：pH 值7，電流強(qiáng)度1.5 A，通電時(shí)間50 min，極板距離10.7 mm。電絮凝工藝對(duì)焦化廢水的濁度有非常好的處理效果，COD 的去除率為19.25%。

焦化廢水常采用脫氮預(yù)處理，使生化工藝處理效果得以保證，鑒于蘭炭廢水與焦化廢水組成的相似性，本文采用配有鐵陽(yáng)極、石墨陰極和潛水泵的自制PVC 電解裝置，以脫氮后蘭炭水為研究對(duì)象，采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化電絮凝實(shí)驗(yàn)參數(shù)，為實(shí)際處理工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 廢水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)用水來(lái)源于陜西省神木縣某蘭炭生產(chǎn)企業(yè)煤氣凈化工段直冷水池出口，原水經(jīng)實(shí)驗(yàn)室脫氮預(yù)處理后作為電絮凝實(shí)驗(yàn)用水，廢水水質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

電絮凝反應(yīng)裝置如圖1 所示。陽(yáng)極為可溶鐵板，尺寸為215 mm×180 mm×2 mm，陰極為石墨板，尺寸為215 mm×180 mm×15 mm。每次實(shí)驗(yàn)前，對(duì)鐵電極板進(jìn)行處理：用砂紙打磨表面，并用10%的鹽酸對(duì)極板進(jìn)行清洗，使鐵電極表面平整光滑。首先將鐵陽(yáng)極和石墨陰極通過(guò)4 個(gè)等長(zhǎng)度的膠皮管在極板間的四個(gè)塑料棒進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整并固定，調(diào)整至指定高度，然后取17.1 L經(jīng)過(guò)預(yù)處理脫氮蘭炭廢水，置于25 L的電解槽內(nèi)，并用硫酸和氫氧化鈉調(diào)溶液pH 至實(shí)驗(yàn)值。將鐵電極的電線與穩(wěn)壓電源正極相連，石墨電極與穩(wěn)壓電源負(fù)極連接，啟動(dòng)穩(wěn)壓電源。通過(guò)電流強(qiáng)度和極板有效面積，計(jì)算出穩(wěn)壓電源的電流并調(diào)整。反應(yīng)開(kāi)始計(jì)時(shí)并啟動(dòng)潛水泵進(jìn)行攪拌。反應(yīng)結(jié)束后取樣測(cè)量COD 并計(jì)算COD 去除率。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器與分析方法

實(shí)驗(yàn)儀器：RXN-3020A 型穩(wěn)壓電源（深圳市兆信電子儀器設(shè)備廠），DC40-2470 潛水泵（深圳市中科世紀(jì)科技有限公司），pH 計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司），電解槽自制。

實(shí)驗(yàn)試劑：陽(yáng)極材料為可溶性鐵板，陰極材料為自制石墨板，其他化學(xué)試劑均為分析純。

分析方法：COD 的測(cè)定按照重鉻酸鉀法（GB/T11914-1989）；氨氮測(cè)定采用蒸餾和滴定法（GB/T7478-1987）；硫化物的測(cè)定采用碘量法（HJ/T60-2000）。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)方法

正交實(shí)驗(yàn)：以出水COD 去除率為考核指標(biāo)，選取反應(yīng)時(shí)間、進(jìn)水pH、電流密度和極板間距4 個(gè)因素為考察因素，每個(gè)因素取3 個(gè)水平，按L9（34）進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)因素與水平如表2 所示。用L9（34）正交表安排正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表3 所示。

由表3 可知，各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)影響的主次順序：D>B>C>A，即極板間距是主要影響因素，其影響大于進(jìn)水pH、電流密度，反應(yīng)時(shí)間影響最小。

最佳因素條件組合是A2B2C2D3，即反應(yīng)時(shí)間3 h，進(jìn)水pH 10，電流密度120 A/m2，極板間距20 mm。各指標(biāo)與因素關(guān)系如圖2 所示。初始COD 濃度為22 920 mg/L。

研究指標(biāo)為電流密度時(shí)實(shí)驗(yàn)條件為：反應(yīng)時(shí)間3 h，進(jìn)水pH 10，極板間距20 mm。隨著電流密度的增大（100~140 A/m2），COD 去除率先上升再下降，去除率由7.39%上升到13.91%左右，之后下降到2.79%。當(dāng)電流密度為120 A/m2，去除率達(dá)到最大為13.91%，所以選擇120 A/m2 較優(yōu)。電流密度決定了鐵極板上金屬離子的溶出量[11]，影響了Fe（OH）2+等絡(luò)合離子的生成，即影響了絮凝劑的生成。在電流密度由100 A/m2增加至120 A/m2 過(guò)程中，其產(chǎn)生的Fe（OH）2+等絡(luò)合離子量逐漸增加。然而，隨著電流密度的提高，鐵陽(yáng)極的極化現(xiàn)象和鈍化現(xiàn)象增大[11]，影響鐵離子的生成，不利于Fe（OH）2+等絡(luò)合離子的生成，故電流密度由120 A/m2 增加至140 A/m2，COD 去除率反而降低。另外，在氣浮過(guò)程中，電流密度也在一定程度上影響氣泡尺寸的大小。當(dāng)電流密度過(guò)大，某些微氣泡會(huì)粘附結(jié)合成沒(méi)用的大氣泡，這不僅降低了小氣泡的有效性，大氣泡還會(huì)沖擊浮渣層，使部分浮渣返回水體中，從而降低浮選效率[12]。同時(shí)，廢水中含有少量的S2-離子，根據(jù)E°Fe2+/Fe=-0.440 V[13]低于E°S/H2S=0.14，陽(yáng)極單質(zhì)鐵電氧化是首先進(jìn)行的，生成的Fe2+與S2-形成FeS 沉淀，此過(guò)程會(huì)對(duì)電能耗略有影響。因此，確定最優(yōu)電流密度為120 A/m2。

研究指標(biāo)為反應(yīng)時(shí)間時(shí)實(shí)驗(yàn)條件為：進(jìn)水pH 10，電流密度120 A/m2，極板間距20 mm。反應(yīng)時(shí)間是影響電解的重要因素。反應(yīng)時(shí)間短，鐵離子電解液中達(dá)不到合適的鐵離子濃度，電絮凝進(jìn)行的不完全，蘭炭廢水中的有機(jī)化合物得不到有效的去除。根據(jù)溶度積規(guī)則[13]，反應(yīng)剛開(kāi)始時(shí)，廢水中S2-離子與陽(yáng)極中產(chǎn)生的Fe2+離子首先生成硫化亞鐵沉淀。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，廢水中的S2-不斷減少。電解繼續(xù)進(jìn)行，F(xiàn)e2+離子濃度不增加，當(dāng)達(dá)到氫氧化亞鐵沉淀所需Fe2+離子濃度時(shí)，氫氧化亞鐵和硫化亞鐵將同時(shí)沉出。當(dāng)電解進(jìn)行到一定程度時(shí)，盡管有機(jī)化合物仍有絮凝，但其絮凝程度基本達(dá)到飽和。電絮凝2~3 h，COD 去除率由5.95%升高至9.36%。3~4 h COD 去除率趨勢(shì)穩(wěn)定。

研究指標(biāo)為極板間距時(shí)實(shí)驗(yàn)條件為：反應(yīng)時(shí)間3 h，進(jìn)水pH 10，電流密度120 A/m2。極板間距過(guò)小易造成短路和攪拌不均[8]。極板間距由10 mm增加至20 mm，COD 去除由2%逐漸增大14.5%，呈線性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，極板間距為10 mm時(shí)，板間液體流動(dòng)不暢通。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，觀察兩極板表面附著黑色粘稠固體，在反應(yīng)過(guò)程中，造成電流不能均勻分布整個(gè)極板表面，使陽(yáng)極中鐵離子的產(chǎn)生率很低，而影響處理效果。同時(shí)，極板間距小，電子的遷移距離短，電子和其他分子的碰撞機(jī)會(huì)少，也在一定程度上影響了電化學(xué)氧化的效果。而極板間距為20 mm時(shí)，極板表面雖有小孔徑凹坑出現(xiàn)，但并未有黑色粘稠物，使電流能均勻的分布于兩極板表面，提高處理效果。

極板間距增大以后，電子的遷移距離長(zhǎng)，電子和其他分子的碰撞機(jī)會(huì)多，提高了電化學(xué)氧化的處理效果。研究指標(biāo)為進(jìn)水pH 時(shí)實(shí)驗(yàn)條件為：反應(yīng)時(shí)間3 h，電流密度120 A/m2，極板間距20 mm。由圖2 可知，pH 由9 升高至10，此范圍內(nèi)，OH-的數(shù)量逐漸增加，生成的鐵聚合物更穩(wěn)定，吸附效果更好，COD 去除率由9.25%升高至13.44%。有研究表明[14]，鐵陽(yáng)極氧化情況下，在相鄰羥基的鍵橋作用下可聚合成大分子聚合物并最終形成γ-FeOOH 沉淀。在鐵溶出速率一定時(shí)，pH 在6~10 有利于γ-FeOOH 的生成。因此，pH 為11時(shí)，對(duì)γ-FeOOH 的生成不利，COD 去除率僅為1.4%。具體參見(jiàn)http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2.2 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

根據(jù)上述因素水平組合，即初始pH 10，電流密度120 A/m2，極板間距20 mm，反應(yīng)時(shí)間分別取停留時(shí)間為2、2.5、3、4 和4.5 h，對(duì)脫氮后的蘭炭廢水進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。見(jiàn)圖3。

由圖3 可知，進(jìn)水COD 為22 920 mg/L，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為3 h、4 h 和4.5 h 出水COD 分別為17 804.2、17 671.3 和17 646.2 mg/L，處理效果較好。能耗是衡量電絮凝的重要指標(biāo)，每去除1 kg COD 電能耗分別0.464、0.619 和0.696 kW·h，考慮電能耗3 h 電絮凝較優(yōu)。

3 結(jié)論

本文以鐵為陽(yáng)極，石墨為陰極研究了電絮凝預(yù)處理脫氮后蘭炭廢水。采用正交設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)因素各影響因素次序依次為：極板間距>進(jìn)水pH>電流密度>反應(yīng)時(shí)間，即極板間距是主要影響因素，反應(yīng)時(shí)間影響最小。去除COD 較優(yōu)的電絮凝實(shí)驗(yàn)條件為：電解時(shí)間3 h、進(jìn)水pH=10、電流密度為120 A/m2、極板間距為20 mm。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)表明，反應(yīng)在2~3 h 內(nèi)COD 去除明顯，絮凝反應(yīng)進(jìn)行到3 h 時(shí)，COD 去除率為22.9%，3 h 以后COD 去除率基本趨于穩(wěn)定。每去除1 kgCOD 分別消耗0.464 kW·h 電能和0.17 kg鐵。