海绵铁内电解法处理染整废水的研究

郭有才,陈颖,丁淑杰

摘要：采用烧杯试验法对羊绒制品染整废水进行海绵铁内电解法去除色度及化学需氧量（ＣＯＤ）的试验研究。试验结果表明，海绵铁投加量在５００ ｇ／Ｌ、ｐＨ ５～６、反应时间为６０ ｍｉｎ，在一定的搅拌强度下辅以混凝、氯氧化综合作用，色度的去除率达到９０％以上、ＣＯＤ的去除率达到９５％以上，废水出水能达到国家标准。

关键词：染整废水；海绵铁；内电解

中图分类号：Ｘ７０３．１文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）05－0912-03

Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｄｙｅｉｎｇ ａｎｄ Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Treatment ｗｉｔｈ Ｓｐｏｎｇｙ Ｉｒｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｌ

Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ

ＧＵＯ Ｙｏｕ－ｃａｉ，ＣＨＥＮ Ｙｉｎｇ，ＤＩＮＧ Ｓｈｕ－ｊｉｅ

（Ｘｉｎｇｔａｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉｎｇｔａｉ ０５４０３５，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｂｅａｋｅｒ ｔｅｓｔ was applied to evetuate the effects of sponge iron internal electrolysis for removing ｔｏ ｒｅｍｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏｌｏｒ ａｎｄ ＣＯＤ ｏｆ ｄｙｅｉｎｇ ａｎｄ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔs were as follows， ｔｈｅ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ｓｐｏｎｇｅ ｉｒｏｎ at ５００ ｇ／Ｌ， ｐＨ ５～６， ６０ ｍｉｎ of ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ under ｃｅｒｔａｉｎ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｍｉｘｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ， combining ｗｉｔｈ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ； ｃｈｌｏｒｉｎｅ ｃｏｕｌｄ ｒｅｍｏｖｅ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ９０％ ｏｆ ｃｏｌｏｒ， ９５％ ＣＯＤ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｄｙｅｉｎｇ ａｎｄ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ； ｓｐｏｎｇｙ ｉｒｏｎ； ｉｎｔｅｒｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ

河北省邢台市某羊绒制品厂主要产品为羊毛衫、羊毛裤。该企业排出的废水主要为后整理废水，废水量约为１５ ｍ３／ｄ。根据环保部门要求，经处理的废水出水应达到《纺织染整工业水污染排放标准》（ＧＢ４２８７－９２）一级标准。该羊绒制品厂废水水量虽小，但由于产品颜色繁多，水中染料种类复杂， 废水水质具有较典型的印染废水特征［１，２］，其色度与ＣＯＤ是处理难点。鉴于该厂排水量小且具有间歇性生产的特点，不宜选择生化工艺，而拟采用海绵铁内电解—絮凝沉淀—氯氧化工艺。本着节约成本并确保废水排水达标的原则，试验采集该厂水样进行了烧杯试验研究，以便确定最佳工艺及运行参数。

１材料与方法

１．１试验材料

为便于水样采集及积累数据，试验在该厂一旧车间（约３０ ｍ２）内进行。废水采自生产车间排水口，主要污染物及环保部门排水要求如表１所示。

选择１ Ｌ烧杯作为内电解主反应器（下文皆称为反应器），用于装填海绵铁，经海绵铁处理的废水再进行絮凝沉淀，最后对上清液进行氯氧化处理。反应器配有六联搅拌器作为混合装置。海绵铁购自邢台某海绵铁制造公司，粒径为１．０～２．５ ｍｍ。

１．２试验仪器

试验所用仪器主要有ＰＨＳ－２５型雷磁ｐＨ计（上海精密科学仪器有限公司）；ＣＯＤ－５７２型ＣＯＤ分析仪（上海精密科学仪器有限公司）；ＸＺ－ＷＳ型污水废水色度仪（上海江仪仪器有限公司）。

为保证数据准确，试验同时配套了化学需氧量重铬酸钾法（ＧＢ １１９１４－１９８９）、水质色度的测定稀释倍数法（ＧＢ １１９０３－１９８９）规定的相关药剂与器皿，对仪器数据进行验证。

１．３试验方法

取适量海棉铁进行皂洗除油，用体积分数为５％的Ｈ２ＳＯ４浸泡活化３０～４０ ｍｉｎ， 再用清水冲洗干净待用。试验利用高位水箱向反应器中注入染整废水，利用流量计控制流量。相关监测指标均采用国家标准方法进行测定。所取原水水样经测定色度为４６５，ＣＯＤ为８６２ ｍｇ／Ｌ。水温控制在２０ ℃，搅拌转速为１２０ ｒ／ｍｉｎ。在小试环境下，主要研究ｐＨ、海绵铁投加量对ＣＯＤ、色度去除效果的影响以及内电解后废水再经絮凝、氯氧化处理能否达到排水要求。

２结果与分析

２．１ｐＨ与ＣＯＤ、色度去除率的关系

试验表明，内电解反应在较低ｐＨ范围内更有利于废水污染物的去除，因此本研究将ｐＨ设定为３、４、５、６，海绵铁投配量设定为１００ ｇ／Ｌ和４００ ｇ／Ｌ，废水中ＣＯＤ、色度去除情况如图1、2所示。

由图１和图２可知，ｐＨ对色度去除率与海绵铁投配量有直接关系［３］。在低海绵铁投配量下（１００ ｇ／Ｌ），ｐＨ的影响是明显的，尤其是ｐＨ越低影响越明显。分析原因是在低ｐＨ条件下，铁离子溶速快、溶出量大，反应产生的电子数也较多，有利于海绵铁去除色度。当增加海绵铁投配量后，ｐＨ的影响则被减弱，主要是因为随着海绵铁总量的增加，提升了参与反应的微原电池，即便ｐＨ增大，产生的电子数也能保证反应快速进行。随着海绵铁投加量增大，去除色度的效果也更好，反应时间也随之缩短。

由图３和图４可知，在海绵铁投加量少的情况下，ｐＨ与ＣＯＤ去除效率明显相关，尤其是在反应初期［４］。海绵铁投加量增加后，ｐＨ影响趋于平缓。在低投配量（１００ ｇ／Ｌ）条件下，水环境中短时间内因为酸多，铁离子多，氢离子多，利于内电解氧化还原反应的进行；在高投配量（４００ ｇ／Ｌ）条件下，由于铁料增多，内电解活性点数大增，从而发挥了主导作用［３］。

综上所述，虽然低ｐＨ对脱色反应、去除ＣＯＤ都有积极作用，但会增加海绵铁用量及酸耗，故选用ｐＨ＝５为后续试验反应条件。反应时间控制在６０ ｍｉｎ比较合适，故作为后续反应时间。

２．２海绵铁投加量与色度、ＣＯＤ去除率的关系

试验将废水ｐＨ调至５，反应时间控制在６０ ｍｉｎ内，分别在０、１０、２０、３０、４５、６０ ｍｉｎ进行采样分析，试验结果如图５和图６所示。

由图５可知，海绵铁投加量越大，越有利于色度的去除，且去除效果主要体现在反应初期［４］。投加量增加到７0０ ｇ／Ｌ后，出水色度维持在６０～６５之间。分析原因有三，一是随着酸度的消耗，导致除色效果降低；二是废水中体现色度的残留污染物不再被反应，影响色度去除；三是反应过程中产生的铁离子颜色的影响。

由图６可知，随着海绵铁投配量增大能提高ＣＯＤ的去除率；当ＣＯＤ去除率相同时，投配量越大所需时间越短；当投配量达到５００ ｇ／Ｌ后，再增加投配量对去除ＣＯＤ的效果并无明显提高。通过比较分析，确定将海绵铁投加量控制在５００ ｇ／Ｌ较为合适。

２．３内电解后出水的混凝沉淀

以投加量为５００ ｇ／Ｌ海绵铁烧杯中反应后上清液为研究对象。取上清液水样２００ ｍＬ（ＣＯＤ＝９０ ｍｇ／Ｌ，色度为６２）置于２５０ ｍＬ锥形瓶中，在恒温磁力搅拌作用下，向废水中加入石灰水，利用水中已有铁离子及石灰水的絮凝作用，实现上清液的絮凝沉淀处理。经反复检测验证可以去除２０％的色度及１５％的ＣＯＤ。

２．４絮凝沉淀出水氯氧化试验结果

将混凝沉淀后的水样进行氯氧化试验，进一步去除水样中的ＣＯＤ和色度。所取混凝沉淀后水样经测定ＣＯＤ约在８２ ｍｇ／Ｌ，色度约为５０。向水样中投加次氯酸钠１０ ｍｉｎ后，分别测定水中ＣＯＤ和色度，试验结果表明能够再去除１５％～２５％色度和ＣＯＤ。能够有效保障出水达到排放要求。

３小结与讨论

１）通过对该羊绒制品厂废水水样的烧杯试验分析表明，海绵铁投加量在５００ ｇ／Ｌ、ｐＨ＝５～６、反应时间在６０ ｍｉｎ及一定的搅拌强度，利用海绵铁内电解、混凝、氯氧化综合作用可去除９０％色度和９５％ ＣＯＤ。

２）建议采用预处理—海绵铁内电解—絮凝沉淀—氯氧化工艺。利用海绵铁内电解作用去除废水中大部分的色度及ＣＯＤ，再通过混凝、氯氧化加以强化去除效果；氯氧化处理可以直接采用二氧化氯发生器投加二氧化氯。

参考文献：

［１］ 张林生．印染废水处理技术及典型工程［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００５． ９－３７

［２］ 龚大国，朱永全，涂强，等． 印染废水处理工程技术［Ｒ］． 中国工程物理研究院科技年报，２００１．３３２－３３４．

［３］ 张亚静，应金英，陈晓峰． 铁炭内电解法处理印染废水［Ｊ］． 环境污染与防治，２０００，２２（５）：３３－３６．

［４］ 沈丽娜，完颜华，廖志成． 海绵铁对印染废水脱色研究［Ｊ］． 环境科学与技术，２００４，２７（６）：１８－２０.