瀝青廢水屬于難處理的高濃度有機廢水，據統計，煤焦油瀝青廢水含有上萬種有機化合物，如苯類、酚類等，還含有其它稠環和雜環化合物，廢水具有高COD，處理困難的特點。目前，國內外對于這種難處理的高濃度化工廢水一般采用多種工藝組合處理，成本很高。在這些方法中鐵炭微電解具有適用范圍廣、成本低廉、以廢治廢的特點，比較常用，但它在處理高濃度有機廢水時存在處理效果不高的問題，如何提高其處理效率是目前的一個研究熱點和難點。
強化微電解采取超聲或摻雜等方式，目的是通過協同作用或擴大電位差，以提高其對有機物分解能力或擴大有機物處理種類，使廢水中的一些難分解有機物發生降解而得到去除。本文采用超聲、電解、Fe-Al-C 微電解及催化劑MnO2 進行強化后，進行實驗研究，以期提高微電解對瀝青廢水COD 的去除率。
1 材料與方法
1.1 主要實驗儀器和材料
5B-3F COD 快速消解儀；PGS-3C 型pH 計；KBS-150 型數控超聲波細胞粉碎機; TDGC2j-2/0.5型接觸調壓器。
實驗用藥品均為分析純；鐵屑為機械加工廢料，使用前鐵屑先用5%的NaOH 浸泡30 min，再用5%的鹽酸浸泡1 h，然后再用蒸餾水沖洗至中性，烘干，密封保存留用；活性炭為上海國藥集團產的顆粒活性炭，使用前用實驗廢水浸泡1 h，使其吸附飽和。
實驗水樣來自常州某瀝青廠：該水樣為深黑色、濁度高、有刺激性氣味。該水樣的基本水質指標為：pH為7.74，COD 為4 660 mg/L, 鹽分含量為0.062 mol/L。
1.2 實驗裝置及測定方法
自制微電解反應裝置：實驗裝置是一個上端開口，上下兩段5 cm處各有一個1 cm直徑管口的簡單裝置，該裝置高40 cm，直徑為6 cm，具體裝置如圖1所示。
COD 的測定采用快速密閉催化消解法，本方法在經典重鉻酸鉀-硫酸消解體系加入助催化劑硫酸鋁鉀與鉬酸銨，同時密閉消解過程是在加壓下進行的，因此大大縮短消解時間, 消解液經滴定計算其COD含量。
1.3 實驗方法
將經過預處理的鐵炭按一定比例混合均勻后自制反應器中，取廢水200 mL，調節廢水pH 后加入反應器中，置于25℃恒溫振蕩箱中，反應一段時間后取上層清液進行分析。
2 結果與討論
2.1 鐵炭微電解實驗參數
微電解處理廢水實驗的影響因素較多，不同成分的廢水，所需要的實驗條件不盡相同[8]。本次實驗主要對微電解的反應時間、反應pH、鐵炭質量比及鐵的投加量的影響進行分析，通過正交實驗確定其分別對廢水處理效果的影響的大小順序，確定微電解單元的實驗參數，正交實驗結果分析見表1。
由表1 可知，鐵炭微電解處理瀝青廢水COD 的影響因子的主次順序為pH、鐵炭質量比、HRT、鐵的投加量，最佳處理條件為：m（鐵）=2 g、Fe/C=1∶1、pH=4、HRT=60 min。在此條件下，廢水COD 降為1 724 mg/L，去除率為63%。
2.2 強化鐵炭微電解實驗
2.2.1超聲強化微電解
超聲的降解機理主要是兩方面：一是超聲波的熱解作用，二是超聲波在分解水分子時產生·OH 的強氧化作用。在超聲強化微電解部分主要考察單獨微電解1 h、先超聲1 h 再微電解1 h、先微電解1 h 再超聲1 h 以及微電解超聲聯用1 h4 個方案，在最佳微電解反應條件下，其結果如圖2 所示。
由圖2 可知，在超聲與微電解同時進行時，廢水COD 的去除率為78.3%，相比于單獨的微電解提高了15.3%，超聲微電解同時反應，處理效果大于單獨超聲與單獨微電解處理效果簡單的相加，而是具有一定的協同作用，主要由于超聲的過程中由于超聲的空化效應產生的微射流和沖擊波能夠起到一定的攪拌作用，增加鐵炭接觸面積，減少鐵炭的板結，從而加快了原電池的快速反應。
2.2.2外加電場強化微電解
外加電場強化微電解原理利用直流電對廢水進行電解，通過電極附近發生的氧化還原反應將有機物降解。在電解強化微電解部分考慮NaCl 的投加量、電壓大小和板間距對強化效果的影響。
2.2.2.1 NaCl 的投加量對電解強化微電解效果的影響
由于廢水中鹽分含量較小，需要外加鹽類來增加電解效果。在電解微電解耦合時，電壓為10 V，板間距為6 cm時NaCl 的投加量對處理效果的影響如圖3。
電解作用是通過電流通過電解質，在陰極和陽極上發生氧化還原反應來分解廢水中的有機物，因而，廢水中的鹽分含量直接影響電解液中的氧化劑濃度。
由于瀝青廢水的鹽分含量較低，需要通過投加鹽類來增強電解作用。由圖3 可知，當外加的氯化鈉質量為3.75 g/L 時，廢水的COD 去除率達到最大83%。
2.2.2.2 電壓大小和極板間距對電解強化微電解效果的影響
將電極板和曝氣頭放入自制的電解微電解反應器中，調節好板間距，再加入2 g經過與處理的鐵和活性炭，倒入調好pH=4，m（NaCl）=0.75 g 的200 mL 廢水，通入空氣，調好電壓，打開開關，反應20 min，靜置40 min 后取上層清液測定廢水COD，不同的電壓與板間距對廢水處理效果的影響如表2 所示。
由表2 可知當電壓為10 V、極板間距為6 cm時，廢水COD 去除率達到83.3%，相對于單獨微電解提高了20.3%，這是因為外加電壓的加入增強了廢水中的氧化還原反應的同時在陽極附近產生少量的氣體，產生一定的攪拌作用，增加鐵碳的接觸面積。隨著電壓增大，極板間距的減小，COD 的去除效果增大，這是因為電流的加大，加快了有機物向電極的移動速度，增加了鐵炭與有機物的接觸面積，從而提高廢水的處理效果。
2.2.3外加藥劑強化微電解
2.2.3.1 三元微電解
對于不同成分的廢水，微電解的電極反應會有很大差別，廢水的處理效果與微電解反應的陰極、陽極的反應息息相關。因此，陰、陽極材料的正確選擇及其在廢水中溶解的加速，是提高微電解處理效果的關鍵。通過向Fe-C 微電解體系中投加Al 構建三元微電解體系來提高微電解處理效果，不同的Fe-Al-C 質量組合三元微電解對廢水處理效果的影響見表3。
當向鐵炭微電解體系投加金屬鋁構成三元微電解體系時，由于鋁比鐵能夠提供更強大的電子轉移驅動力，加快了廢水中電子轉移，當Fe-Al-C 的質量分別為0.5、1.5 和2 g廢水COD 去除率從62.9%提高至82%，處理效果提高了19.1%。
2.2.3.2 催化劑
以MnO2 為催化劑，考察MnO2 的投加量對鐵炭微電解處理廢水效果的影響，結果見圖4。
MnO2 的加入一方面降低反應活化能，提高廢水中氧化還原能力，另一方面MnO2 本身具有一定的吸附作用，可吸附水中有機物，為鐵炭微電解氧化有機物提供了反應載體。由圖4 可知，當MnO2 的投加量為2.5 g/L 時，廢水COD 的去除率為76.5%，相比于單獨微電解提高了13.5%。當MnO2 投加量較少時，催化效果較弱，COD 處理效果提高較低，當MnO2 投加量較多時，二氧化錳的存在阻擋了鐵和炭的接觸，從而使處理效果下降。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
3 結論
（1）鐵碳微電解最佳處理條件：m(鐵)=2 g、Fe/C=1∶1、pH=4、HRT=60 min，在最佳條件下，COD 的去除率為62.9%，從瀝青廢水COD 從4 660 降低至1 700。
（2）超聲能強化微電解處理效果，主要由于超聲的熱解和空化作用。超聲與微電解同時反應，廢水COD 去除率為78.3%，相比于單獨微電解，COD 去除率提高了15.3%。
（3）外加電場能強化微電解處理效果，主要是電場的增加，電極的氧化還原反應增加了有機物的降解。當外加氯化鈉質量為3.75 g/L、電壓為10 V、板間距為6 cm時，廢水COD 去除率為83.3%，相比于單獨微電解，COD 去除率提高了20.3%。
（4）外加鋁可以強化微電解的處理效果，鋁的加入增強了電子轉移驅動力，加快了廢水中有機物的降解。在Fe-Al-C 的質量分別為0.5、1.5、2 g 時，廢水COD的去除率為82%，相比于單獨微電解提高了19.1%。
（5）外加催化劑二氧化錳可以強化微電解處理效果，主要是由于二氧化錳降低了反應活化能，為微電解提高反應場所。當二氧化錳的投加量為2.5 g/L 時，廢水COD 的去除率為76.5%，相比于單獨微電解提高了13.5%。
（6）對比使用超聲、外加電場、Fe-Al-C 三元微電解及催化劑二氧化錳強化效果，可知Fe-Al-C 微電解是最為簡單而有效的處理方法，使其強化效果相比于鐵碳微電解提高20%左右，廢水COD 降為835 mg/L。
