低溫干餾（500~600 ℃）過程中生產的產品稱為蘭炭。蘭炭廢水來源于生產過程中冷卻洗滌煤氣的循環水及干餾爐底部用來冷卻高溫蘭炭用的熄焦水。其水質特點與來源，與所用原料煤的煤種，中低干餾的工藝以及對化工產品加工的深度等因素有關。與焦化廢水相比，氨氮、酚類的濃度也遠高于焦化廢水，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，國內罕有成熟的處理工藝與成功的工程實例。電化學絮凝技術是一種通過電化學氧化反應集成電化學、化學混凝、氣浮3 種技術的組合工藝，通過電極反應產生的氧化劑和產生的絮凝劑的作用來降解和消除廢水中的有機物，電化學反應產生的氣泡上浮帶出部分有機物而使COD 得以去除。其核心的內容是絮凝劑的生成。與化學混凝法相比，電絮凝技術因其電極材料易得，不需要另外添加化學藥劑，設備簡單，操作簡便而逐漸成為廣泛應用的一種綠色、環境友好的污水處理方法，可以作為化學混凝的替代技術。針對電絮凝處理蘭炭廢水的研究鮮有報道，由培遠等采用電絮凝法作為焦化生化外排水的深度處理，電解槽配攪拌機攪拌，以鐵為陽極，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，COD 去除率為41.6%。吳克明等采用鋁陽極電絮凝預處理高濃度焦化廢水，得出最佳工藝條件：pH 值7，電流強度1.5 A，通電時間50 min，極板距離10.7 mm。電絮凝工藝對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象，采用正交實驗優化電絮凝實驗參數，為實際處理工程設計提供參考。
1 實驗材料和方法
1.1 廢水水質
實驗用水來源于陜西省神木縣某蘭炭生產企業煤氣凈化工段直冷水池出口，原水經實驗室脫氮預處理后作為電絮凝實驗用水，廢水水質見表1。
1.2 實驗方法
電絮凝反應裝置如圖1 所示。陽極為可溶鐵板，尺寸為215 mm×180 mm×2 mm，陰極為石墨板，尺寸為215 mm×180 mm×15 mm。每次實驗前，對鐵電極板進行處理：用砂紙打磨表面，并用10%的鹽酸對極板進行清洗，使鐵電極表面平整光滑。首先將鐵陽極和石墨陰極通過4 個等長度的膠皮管在極板間的四個塑料棒進行適當的調整并固定，調整至指定高度，然后取17.1 L經過預處理脫氮蘭炭廢水，置于25 L的電解槽內，并用硫酸和氫氧化鈉調溶液pH 至實驗值。將鐵電極的電線與穩壓電源正極相連，石墨電極與穩壓電源負極連接，啟動穩壓電源。通過電流強度和極板有效面積，計算出穩壓電源的電流并調整。反應開始計時并啟動潛水泵進行攪拌。反應結束后取樣測量COD 并計算COD 去除率。
1.3 實驗儀器與分析方法
實驗儀器：RXN-3020A 型穩壓電源（深圳市兆信電子儀器設備廠），DC40-2470 潛水泵（深圳市中科世紀科技有限公司），pH 計（上海精密科學儀器有限公司），電解槽自制。
實驗試劑：陽極材料為可溶性鐵板，陰極材料為自制石墨板，其他化學試劑均為分析純。
分析方法：COD 的測定按照重鉻酸鉀法（GB/T11914-1989）；氨氮測定采用蒸餾和滴定法（GB/T7478-1987）；硫化物的測定采用碘量法（HJ/T60-2000）。
2 結果與討論
2.1 正交實驗方法
正交實驗：以出水COD 去除率為考核指標，選取反應時間、進水pH、電流密度和極板間距4 個因素為考察因素，每個因素取3 個水平，按L9（34）進行正交實驗。正交實驗因素與水平如表2 所示。用L9（34）正交表安排正交實驗，結果如表3 所示。
由表3 可知，各因素對實驗指標影響的主次順序：D>B>C>A，即極板間距是主要影響因素，其影響大于進水pH、電流密度，反應時間影響最小。
最佳因素條件組合是A2B2C2D3，即反應時間3 h，進水pH 10，電流密度120 A/m2，極板間距20 mm。各指標與因素關系如圖2 所示。初始COD 濃度為22 920 mg/L。
研究指標為電流密度時實驗條件為：反應時間3 h，進水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%。當電流密度為120 A/m2，去除率達到最大為13.91%，所以選擇120 A/m2 較優。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 過程中，其產生的Fe（OH）2+等絡合離子量逐漸增加。然而，隨著電流密度的提高，鐵陽極的極化現象和鈍化現象增大[11]，影響鐵離子的生成，不利于Fe（OH）2+等絡合離子的生成，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，在氣浮過程中，電流密度也在一定程度上影響氣泡尺寸的大小。當電流密度過大，某些微氣泡會粘附結合成沒用的大氣泡，這不僅降低了小氣泡的有效性，大氣泡還會沖擊浮渣層，使部分浮渣返回水體中，從而降低浮選效率[12]。同時，廢水中含有少量的S2-離子，根據E°Fe2+/Fe=-0.440 V[13]低于E°S/H2S=0.14，陽極單質鐵電氧化是首先進行的，生成的Fe2+與S2-形成FeS 沉淀，此過程會對電能耗略有影響。因此，確定最優電流密度為120 A/m2。
研究指標為反應時間時實驗條件為：進水pH 10，電流密度120 A/m2，極板間距20 mm。反應時間是影響電解的重要因素。反應時間短，鐵離子電解液中達不到合適的鐵離子濃度，電絮凝進行的不完全，蘭炭廢水中的有機化合物得不到有效的去除。根據溶度積規則[13]，反應剛開始時，廢水中S2-離子與陽極中產生的Fe2+離子首先生成硫化亞鐵沉淀。隨著反應的進行，廢水中的S2-不斷減少。電解繼續進行，Fe2+離子濃度不增加，當達到氫氧化亞鐵沉淀所需Fe2+離子濃度時，氫氧化亞鐵和硫化亞鐵將同時沉出。當電解進行到一定程度時，盡管有機化合物仍有絮凝，但其絮凝程度基本達到飽和。電絮凝2~3 h，COD 去除率由5.95%升高至9.36%。3~4 h COD 去除率趨勢穩定。
研究指標為極板間距時實驗條件為：反應時間3 h，進水pH 10，電流密度120 A/m2。極板間距過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%，呈線性關系。實驗過程中發現，極板間距為10 mm時，板間液體流動不暢通。實驗結束后，觀察兩極板表面附著黑色粘稠固體，在反應過程中，造成電流不能均勻分布整個極板表面，使陽極中鐵離子的產生率很低，而影響處理效果。同時，極板間距小，電子的遷移距離短，電子和其他分子的碰撞機會少，也在一定程度上影響了電化學氧化的效果。而極板間距為20 mm時，極板表面雖有小孔徑凹坑出現，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，電子和其他分子的碰撞機會多，提高了電化學氧化的處理效果。研究指標為進水pH 時實驗條件為：反應時間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，OH-的數量逐漸增加，生成的鐵聚合物更穩定，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，pH 在6~10 有利于γ-FeOOH 的生成。因此，pH 為11時，對γ-FeOOH 的生成不利，COD 去除率僅為1.4%。具體參見http://www.xhxdt.com更多相關技術文檔。
2.2 驗證性實驗
根據上述因素水平組合，即初始pH 10，電流密度120 A/m2，極板間距20 mm，反應時間分別取停留時間為2、2.5、3、4 和4.5 h，對脫氮后的蘭炭廢水進行驗證性實驗。見圖3。
由圖3 可知，進水COD 為22 920 mg/L，當反應時間為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，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。
3 結論
本文以鐵為陽極，石墨為陰極研究了電絮凝預處理脫氮后蘭炭廢水。采用正交設計優化實驗因素各影響因素次序依次為：極板間距>進水pH>電流密度>反應時間，即極板間距是主要影響因素，反應時間影響最小。去除COD 較優的電絮凝實驗條件為：電解時間3 h、進水pH=10、電流密度為120 A/m2、極板間距為20 mm。驗證性實驗表明，反應在2~3 h 內COD 去除明顯，絮凝反應進行到3 h 時，COD 去除率為22.9%，3 h 以后COD 去除率基本趨于穩定。每去除1 kgCOD 分別消耗0.464 kW·h 電能和0.17 kg鐵。
