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微電解-H2O2處理印染廢水的實驗研究

來源：王延峰　李亞峰　發布時間：2011年01月19日

我國是世界上染料生產和出口大國,染料生產廢水和印染廢水已成為主要工業污染源之一。這些廢水具有有機物濃度高,無機鹽含量大,色度大,成分復雜,化學穩定性高,可生化性差,脫色困難等特點,一般難以直接生化處理[1,2]。目前普遍采用多種處理方法聯合的多級處理工藝。預處理方法主要為化學法、物理法、電化學法等,但這些方法通常存在著處理費用高、工藝復雜、過程不易控制等缺點。內電解法是從20世紀70年代初開始隨著鐵在廢水處理中的應用而逐漸發展起來的廢水處理技術。它是基于電化學氧化還原反應的原理,通過鐵屑對絮體的電附集、混凝、吸附、過濾等綜合作用來處理廢水[3]。Fenton法是利用Fe2+和H2O2的一系列產生羥基自由基的鏈式反應對難降解有機物處理的一種高級氧化工藝,具有簡單、快速、可產生絮凝等優點,但仍存在氧化劑H2O2利用率低、氧化效率差、處理成本偏高等不足。據此,本文依照原電池的原理,采用鐵屑代替Fenton體系中的FeSO4來處理印染廢水[4,5],并探討了各種相關因素對色度和COD去除率的影響。1、實驗部分1.1、實驗材料實驗中所用鐵屑取自機械加工工廠的鐵屑,主要成分為Fe-Fe3C,為常用碳鋼,其尺寸大小為(4-5)mm×5mm(長×寬)。在使用前進行預處理。先用乙醇浸泡10min,去除鐵屑表面的油污,回收乙醇后將鐵屑用清水洗凈,再用5%的硫酸浸泡10min,去除鐵屑表面的氧化物,最終用廢水沖洗2次后立即使用。實驗中所用炭粒均為活性炭。廢水水質:色度為3000倍,COD的質量濃度為120mg/L。1.2　實驗方法將上述鐵屑與一定比例的活性炭混合均勻后,置于50mL廣口試劑瓶中,倒入待處理廢水,在攪拌條件下進行反應,反應一段時間后,取上清液測定色度和CODCr值。取反應出水調節pH值,然后在攪拌下滴加一定量的H2O2,待H2O2全部加完后,繼續攪拌,反應1

0min后,停止攪拌,加入0.1%PAM溶液靜置一定時間,離心過濾,取上層清液測定CODCr值。1.3　分析方法COD采用標準重鉻酸鉀法(CODCr);pH值測量使用便攜式pH計;色度采用稀釋倍數法。2　實驗結果與分析2.1　單獨鐵炭微電解試驗結果和討論本實驗選擇影響鐵屑過濾處理效果的3個影響因素:進水pH值、停留時間、鐵炭比。

不同鐵炭質量比對色度和COD去除率的影響見圖1。由圖1可以看出隨著鐵炭比的增加,COD去除率是先增加后減小,當鐵炭比在2∶1附近時,色度和COD去除率達到最大。理論上來說,隨著鐵屑的加入,形成的鐵炭微電極數量就會增加,內電解作用加劇,溶液中的Fe3+所產生的混凝作用也隨之加劇,這兩者的聯合作用使得一開始脫色率和CODCr去除率急劇增加,由于本實驗保持活性炭的總量不變,所以形成的微電極的數量是一定的,當鐵炭比達到一定數值,鐵炭微電極的數量達到最大值,而后再加入的鐵屑對整個內電解反應的促進作用不會太明顯,反而由于過多Fe2+以及染料的電解產物進入溶液中,使得樣品的CODCr增加,CODCr去除率呈下降趨勢;過多的Fe3+進入溶液中,使得溶液色度反而加深,脫色率也呈現出下降趨勢。因此本實驗選2∶1為最佳鐵炭比。

由圖2可以看出,在酸性條件下處理效果優于堿性條件,但過酸的環境下處理效果也不理想。pH值太低,耗酸量增加,同時對鐵屑的耗用、設備的腐蝕也增加。pH值低于4或者高于7處理效果會變差。因此最佳的反應pH值為4。從理論上分析可以發現在酸性條件下,鐵屑的腐蝕加快,由電極反應生成具有很強活性的新生態的[H],可以破壞一些發色基團或是助色團的結構,使廢水的色度降低;與此同時反應生成的Fe2+在出水時pH值呈中性或是堿性且有氧存在的條件下,可以形成Fe(OH)2直至Fe(OH)3,這樣生成的絮狀沉淀,通過吸附絮凝作用,將廢水污染物去除。但酸性過強,會使處理后的水中

含有大量的Fe2+和Fe3+,使得出水水樣的色度加深,對脫色效果造成了一定的影響。同時溶液中多余的H+還會破壞Fe3+已經形成的絮凝體,使得處理效果變差。

由圖3可知,當內電解時間達到60min時,脫色率為91.30%,CODCr的去除率達到45.80%,此后再增加內電解處理時間,CODCr的去除率和脫色率都沒有明顯的增大。由此可確定最佳的內電解處理時間為60min。脫色率和CODCr去除率的升高是由2部分原因促成,主要是反應剛開始時活性炭對染料的吸附作用導致色度降低,脫色率、CODCr的去除率增高;另外,內電解作用破壞了一部分染料的偶氮發色基團,使得色度下降的同時破壞了染料較為穩定的共軛結構,染料的大分子結構被分解為小分子結構,當處理60min后,活性炭吸附基本達到飽和,脫色率和CODCr去除率變化變緩。上述實驗確定的最佳參數為∶鐵炭質量比2∶1,在進水pH=4的條件下,反應1h,取上層清液測定。實驗結果表明,廢水的可生化性(BOD/COD)由0.03增加到0.27,可生化性顯著提高,為后續的生物處理創造了優良的條件。2.2　聯合試驗結果和討論2.2.1　H2O2投加量的確定各取鐵炭出水100mL,調節pH值至3,加入H2O2為0.4、0.6、0.8、1.0、1.2mL,調節pH值至8.5,加入0.1%PAM溶液。實驗結果如圖4所示。微電解反應結束后,廢水中含有較多的Fe2+,與投加的H2O2反應形成Fenton試劑。H2O2與Fe2+反應,產生氧化性極強的OH·,OH·能氧化分解難降解的有機污染物,將大分子有機物斷鏈為小分子或氧化分解為CO2和H2O,降低有機污染物的濃度。投加適量的H2O2時,在偏酸性的廢水中就有更多的Fenton反應發生,如果H2O2投加過量,H2O2直接將Fe2+氧化成Fe3+,發生的并不是Fen-ton反應,以氧化還原為

主,如果H2O2投加過小,形成的Fen-ton反應數目較少,反應不徹底,以混凝沉淀為主,考慮到運行成本,實驗H202的投加量為8mL。

2.2.2　處理前后可生化性比較選擇前面所確定最優參數做試驗,比較處理前后廢水可生化性大小。結果表明,廢水的可生化性由原水0.03提高到處理后的0.41,與鐵炭微電解法相比,提高了0.14,說明鐵炭微電解和Fenton氧化法聯合應用時,染料廢水的可生化性得到了顯著的提高,為微生物的生長提供了適宜的基質和環境條件。3　結論(1)廢水微電解的最佳工藝參數:填料為鐵屑活性炭,鐵炭質量比為2∶1,反應時間為lh,進水pH值為4。(2)H2O2的投加量8mL,反應后pH調至8.5-9.0,COD的去除率可以達到55%以上。(3)微電解處理使得廢水的生化性從0.03提高到0.27,為后續的生化處理奠定了良好的基礎,聯合試驗處理后廢水的可生化性達到0.41,易于被微生物所降解,達到了預期的目的。參考文獻[1]詹艷,熊忠.鐵炭內電解法對蘭麻廢水的預處理研究.工業水處理,2003,23(1):28-31.[2]高華.鐵屑法處理染料廢水的電化學脫色機理.青島大學學報,2001,16(4):29-33.[3]肖羽堂,許建華,陳靜.鐵屑強化傳統工藝處理難降解印染廢水實踐.給水排水,1998,24(4):37-39.[4]孟剛,鄭培根.鐵炭微電解-亞鐵還原氧化法處理花箐廢水的研究.感光科學與化學,2002,20(4):303-312.[5]SFKang,CHLiao.Pre-oxidationandcoagulationoftextilewastewaterbytheFentonprocess.Chemosphere,2002,26(6):923-928.

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