[摘要] 染料廢水具有“三高一低”的特點(diǎn)(高COD、高色度、高含鹽量、低BOD5/COD)，是廢水治理的難點(diǎn)熱點(diǎn)之一。在前期研究的工藝(混凝、氣浮、水解酸化、好氧)基礎(chǔ)上采用Fe/C 微電解系統(tǒng)處理好氧池出水。結(jié)果表明：在pH 為3.5，鐵炭比1∶1.2，反應(yīng)時(shí)間35 min 的條件下，COD 和色度的去除率分別穩(wěn)定在80%和85%以上，出水中COD在60 mg/L 以下，色度在42度以下，達(dá)到《GB 4287—1992 紡織染整工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

[關(guān)鍵詞] 染料廢水;Fe/C 微電解;混凝

目前，染料化工是國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)控的行業(yè)之一，其廢水治理也是國(guó)家重點(diǎn)支持的領(lǐng)域之一(國(guó)科發(fā)火[2008]172 號(hào))，也是水處理界的難點(diǎn)之一。安徽某染料化工廠生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的染料綜合廢水具有高COD、高色度、高含鹽量、低BOD5/COD 的特性。若染料廢水不經(jīng)處理而直接排放到水環(huán)境中，危害甚大。

筆者在前期工程的基礎(chǔ)上，針對(duì)好氧池出水COD 和色度仍不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，提出了用Fe/C 微電解技術(shù)做深度處理，提高出水水質(zhì)，使其達(dá)到《GB4287—1992 紡織染整工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。

1 工藝說(shuō)明

1.1 廢水來(lái)源及水質(zhì)情況

1.2 廢水處理工藝

1.2.1廢水處理工藝流程

廢水處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 染料廢水處理工藝流程

1.2.2 Fe/C 微電解工藝

實(shí)驗(yàn)中使用的Fe/C 微電解裝置示意圖如圖2 所示。該裝置由杭州之江水處理設(shè)備廠生產(chǎn)。

廢水由進(jìn)水箱經(jīng)水泵提升流量計(jì)控制進(jìn)入混合池，濃酸經(jīng)蠕動(dòng)泵泵入進(jìn)水管在混合池調(diào)節(jié)進(jìn)水的pH。之后廢水進(jìn)入鐵炭池，在鐵炭原電池電化學(xué)反應(yīng)作用下，廢水中的污染物質(zhì)被降解。處理完畢的廢水進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固液分離，上清液經(jīng)沉淀池溢流口流出，完成整個(gè)處理過(guò)程。

圖2 Fe/C 微電解裝置示意

1.3 測(cè)定方法

色度測(cè)定：用UV-1201型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)掃描好氧池出水，其最大吸收波長(zhǎng)為219 nm，在該波長(zhǎng)下測(cè)定經(jīng)Fe/C 微電解處理前后的吸光度。脫色率R 由式(1)計(jì)算：

R=(1-A/A0)×100% (1)

式中：A0——處理前吸光度;

A——處理后吸光度。

COD 測(cè)定〔11〕：重鉻酸鉀法GB 11914—1989。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH對(duì)Fe/C 微電解系統(tǒng)處理效果的影響

由Fe/C 微電解基本原理可知，參加原電池反應(yīng)的離子數(shù)目及產(chǎn)物因pH 變化而變化：pH 較高時(shí)，參加反應(yīng)的H+數(shù)目不足，F(xiàn)e 被氧化成Fe2+的反應(yīng)受到抑制;pH 較低時(shí)，雖可加快Fe/C 微電解反應(yīng)，但破壞了Fe2+為膠凝中心的絮凝體的形成，且耗鐵量大、產(chǎn)生鐵泥多。因此，應(yīng)將Fe/C 微電解反應(yīng)控制在一個(gè)合適的pH 范圍內(nèi)。

由圖3 可知，pH 對(duì)Fe/C 微電解反應(yīng)有較大的影響。pH太低，鐵屑易鈍化而活性降低，從而影響COD 和色度的去除;COD 在pH 為3.5 時(shí)，去除率達(dá)到最大為74.5%，廢水中剩余COD 為76.5 mg/L;色度在pH 為3 時(shí)，去除率達(dá)到最大為86.2%，出水色度為38.6度;色度、COD 的去除率沒(méi)有同步在相同pH條件下達(dá)到最大，表明廢水中存在一些不產(chǎn)生色度的有機(jī)污染物。當(dāng)pH 繼續(xù)增大，色度、COD 的去除率逐漸下降，COD 下降較為明顯。當(dāng)pH 提高到5.5時(shí)，COD 去除率降至48.3%，而色度去除率下降并不顯著，為79.7%。因此在Fe/C 微電解處理染料廢水時(shí)最佳pH 應(yīng)調(diào)為3.5 左右。

圖3 pH 對(duì)Fe/C 微電解系統(tǒng)處理效果的影響

2.2 鐵炭比對(duì)Fe/C 微電解系統(tǒng)處理效果的影響

當(dāng)Fe/C 微電解系統(tǒng)中鐵屑含量低時(shí)，增加鐵屑，可使體系中的原電池?cái)?shù)量增多，從而提高對(duì)COD 和色度的去除效果;當(dāng)炭屑過(guò)量時(shí)，反而會(huì)抑制原電池的反應(yīng)，更多表現(xiàn)為炭的吸附性，因此應(yīng)保持一個(gè)適當(dāng)?shù)蔫F炭比。

圖4 鐵炭比對(duì)Fe/C 微電解系統(tǒng)處理效果的影響

由圖4 可知，鐵炭比對(duì)Fe/C 微電解系統(tǒng)處理COD 和色度有一定的影響。當(dāng)將鐵炭比控制在1∶1.2時(shí)，COD 的去除率最高，可達(dá)81.6%，出水COD 為55.2 mg/L;色度去除率為87.3%，出水色度為35.56度。當(dāng)鐵炭比大于或小于1∶1.2 時(shí)，原電池?cái)?shù)量不足，影響COD 和色度的去除，尤其COD 去除率下降較為明顯，當(dāng)鐵炭比為1∶2.0 時(shí)，COD 去除率降至64.7%，但色度去除率仍可保持在75%以上。

2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)Fe/C 微電解系統(tǒng)處理效果的影響

由Fe/C 微電解的反應(yīng)機(jī)理可知，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，氧化還原等作用也進(jìn)行得越徹底。但到達(dá)一定時(shí)間后反應(yīng)基本停止。反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將使基建投資增大，而且會(huì)使鐵的消耗量增加，因此要選擇合適的反應(yīng)時(shí)間。

由圖5 可知，反應(yīng)時(shí)間對(duì)微電解反應(yīng)有一定的影響。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間控制在35 min 時(shí)，COD 和色度的去除率達(dá)到最大值，COD 去除率為83.4%，出水COD 為49.8 mg/L，色度去除率為88.3%，出水色度為32.76度。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，COD 和色度去除率均有下降，色度去除率下降更為明顯，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為65 min 時(shí)，色度去除率降至73.9%，出水色度73.08度，不能達(dá)標(biāo)，可見(jiàn)反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)，鐵的消耗量增加，溶出大量的Fe2+，并氧化成有色的Fe3+，降低了廢水的脫色效果。

圖5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)Fe/C 微電解系統(tǒng)處理效果的影響

2.4 最佳工藝條件下Fe/C 微電解系統(tǒng)處理效果穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)，確定最佳工藝參數(shù)：pH 為3.5，鐵炭比1∶1.2，反應(yīng)時(shí)間35 min。在此工藝條件下，通入好氧池出水到Fe/C 微電解系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)10 d 的運(yùn)行觀察，COD 和色度的去除率分別穩(wěn)定在80%以上和85%以上，出水中COD 在60 mg/L 以下，色度在42度以下，達(dá)到了GB 4287—1992《紡織染整工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 Fe/C 微電解系統(tǒng)反應(yīng)機(jī)理分析

Fe/C 微電解法處理染料廢水是絮凝、吸附、電沉淀、電化學(xué)還原等共同作用的結(jié)果。Fe/C 微電解法的反應(yīng)機(jī)理主要包括：電化學(xué)作用、還原作用、絮凝作用、吸附作用〔12-13〕。

2.5.1電化學(xué)作用

Fe/C微電解法的基本原理是利用鐵和炭組分構(gòu)成微小原電池的正極和負(fù)極，以充入的污水為電解質(zhì)原液，形成原電池，發(fā)生氧化-還原反應(yīng)。新生態(tài)的電極產(chǎn)物活性極高，能與廢水中的有機(jī)污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使其結(jié)構(gòu)、形態(tài)發(fā)生變化，完成由難處理到易處理、由有色到無(wú)色的轉(zhuǎn)變。

2.5.2還原作用

在微電解中Fe/C 會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：

陽(yáng)極(Fe)：

2Fe→2Fe2++4e 　Eθ(Fe2+、Fe)=0.44 V

陰極(C)：

4H++4e→4[H]→2H2　Eθ(H+、H2)=0

當(dāng)水中有溶解氧時(shí)，

O2+2H2+4e→4OH-

Fe/C微電解系統(tǒng)中正、負(fù)極生成的電極產(chǎn)物具有較高的還原性，在偏酸性條件下，電極反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和Fe2+可將：(1)大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物;(2)環(huán)狀有機(jī)物斷環(huán);(3)發(fā)色基團(tuán)(如：—N—N—，—N—O—等)斷鏈，從而達(dá)到降低COD 和脫色的目的。

2.5.3鐵離子的絮凝作用

隨著Fe/C 微電解系統(tǒng)的運(yùn)行，原料鐵屑逐漸被消耗，由大顆粒變成細(xì)小顆粒而隨水流失，因此為確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，需定期投加鐵屑。在鐵的消耗過(guò)程中，產(chǎn)生大量的Fe2+，有溶解氧的條件下,發(fā)生反應(yīng)：

4Fe2++8OH-+O2↑+2H2O=4Fe(OH)3↓

當(dāng)調(diào)節(jié)Fe/C 微電解系統(tǒng)出水pH 到偏堿性時(shí)，生成較多的、有較強(qiáng)的混凝吸附作用的Fe(OH)3絮凝物，可使廢水中膠體物質(zhì)絮凝沉淀，進(jìn)一步降低廢水的COD和色度。

3 結(jié)論

(1)Fe/C 微電解系統(tǒng)能深度處理染料廢水，且投資和運(yùn)行費(fèi)用低。

(2)Fe/C 微電解系統(tǒng)最佳工藝參數(shù)：pH 為3.5，鐵炭比1∶1.2，反應(yīng)時(shí)間35 min。在此工藝條件下，COD 和色度的去除率分別穩(wěn)定在80%以上和85%以上，出水中COD 在60 mg/L 以下，色度在42度以下，達(dá)到了GB 4287—1992 《紡織染整工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)在以后的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)考慮采用其他的物質(zhì)如廢剛玉粉末取代活性炭，可進(jìn)一步降低成本，不僅能有效地處理高色度、難降解的染料廢水，而且可以達(dá)到以廢治廢的目的。

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