活性炭 －Fe组成的微电池净化印染废水的研究

孙伟华，徐长城，宁 平

（1.大理白族自治州环境监测站，云南 大理 671000；2.云南省环境科学研究院，云南 昆明 650034；3.昆明理工大学，云南 昆明 650093）

活性炭 －Fe组成的微电池净化印染废水的研究

孙伟华1，徐长城2，宁 平3

（1.大理白族自治州环境监测站，云南 大理 671000；2.云南省环境科学研究院，云南 昆明 650034；3.昆明理工大学，云南 昆明 650093）

主要研究了活性炭 －Fe组成的微电池处理印染废水的净化处理技术。由最佳工艺流程处理后的出水 COD浓度最低为 34.1mg／L（此时 COD净化效率为98.79%，色度净化效率为98.62%）。出水水质可达到国家 《污水综合排放标准 （GB8978－1996）》一级标准的规定。采用该工艺处理后的出水COD平均净化效率为96.67%，色度平均净化效率为96.46%。

微电池；活性炭 －Fe；印染废水；研究

随着工业的迅猛发展，环境水污染问题日趋严重。印染废水是我国工业废水的主要来源之一，而其中的染料废水更因其浓度高、污染物成分复杂、可生化降解性较差、色度深、水质变化大而成为极难处理的工业有机废水之一。因此，探求有效经济地处理染料废水的技术，正成为国内外学术界的研究热点。微电池法是近年来新兴的一种处理染料废水的方法。它能有效地去除有机废水的色度、COD、BOD5和SS，且无二次污染。

1 反应原理

微电池法的基本原理是利用铁屑中的铁和炭组分构成微小的原电池的阴阳极，以充入的废水为电解质溶液，形成微电池。其电极反应如下：

在此反应中产生的 Fe2＋活性极高，能有效氧化废水中的有机污染物，改变其结构形态，从而有效地降解这些污染物质，并大大降低废水的色度。Fe2＋可与阴极产生的 OH－反应生成 Fe（OH）2胶体，由于反应体系为开放体系，有 O2存在，所以Fe2＋可以转化成 Fe3＋并生成Fe（OH）3。新生的Fe （OH）2与 Fe（OH）3是吸附能力较高的胶体絮凝剂，而产生的 Fe2＋、Fe3＋还能将废水中的染料粒子等胶凝在一起，形成以Fe2＋、Fe3＋为胶凝中心的絮凝体，捕集、挟裹和吸附悬浮的胶体共沉［1］。所以用活性炭 －Fe组成的微电解处理染料废水时，同时发生氧化还原降解、电化学、电吸附和电絮凝等作用，可有效地去除污染物。

2 实验方法及工艺流程

2.1 实验废水

本研究采用自配废水，主要用的染料是甲基橙。其COD浓度为3000mg／L左右，pH值约为5。2.2 铁炭滤料

本次研究选取的活性炭的规格为40目。

实验所用铁粉为还原铁粉（800目，分析纯）。催化剂为 FeSO4和 Fe2（SO4）3（分析纯）。2.3 实验流程、方法及仪器

实验采用直径 50mm、管长 700mm的有机玻璃柱和萃取用水瓶作为反应器。实验操作时，废水从萃取水瓶自上而下流过反应器，其流速的大小由有机玻璃柱底部胶管处的止水夹控制。为保证反应器内水压的稳定，特采用萃取水瓶作为进水入口，通过保持萃取水瓶出水流速与反应器内流速相同来保持反应器内水压的稳定。经处理后的出水，由放在下部的烧杯收集，并用于水质分析。共有两套反应器。实验工艺流程如图1所示。

实验条件为：废水 pH值约为5，活性炭用量为100g，FeSO4和 Fe2（SO4）3用量均为 5g，铁粉用量为2g。

化学耗氧量测定仪：型号 HH－6江苏电分析仪器厂。

可实现对电能质量、计划 用电、用电稽查、负荷状态和故障状态的数据分析处理，工作人员可及时发现电网系统中的各项异常情况，并且妥善采取解决措施降低危害及风险，为电力用户提供强有力的保障。

3 实验结果与讨论

3.1 活性炭 ＋铁粉体系的净化性能研究

取相同质量的活性炭两份。一份直接作为填料，另一份将铁粉加入其中，混合均匀后填充在反应柱内。其实验结果见图2～图4。

由图 2可见，用活性炭 ＋铁粉处理废水时，出水COD浓度明显低于用活性炭的处理效果；用活性炭 ＋铁粉处理废水时，出水 COD浓度比用活性炭处理废水时平均低 19%左右。用活性炭处理废水时，出水 COD浓度最低为224.2mg／L；而用活性炭 ＋铁粉处理废水时，出水 COD浓度最低为170.1mg／L。这说明，活性炭 ＋铁粉对废水中 COD的净化效果明显优于只用活性炭的处理效果。

由图 3可见，用活性炭 ＋铁粉处理废水对COD去除率明显高于使用活性炭的处理效果。而且这种优势从初次出水时就表现出来并一直延续。用活性炭处理废水时，对 COD去除率最高可达92.03%；而用活性炭 ＋铁粉处理废水对 COD去除率最高可达 93.95%。这一情况说明，活性炭 ＋铁粉对废水中 COD浓度的去除效果明显优于用活性炭处理废水的处理效果。

由图 4可知，用活性炭及活性炭 ＋铁粉作填料处理废水时，都可显著地降低废水的色度。用活性炭处理废水，对水中的色度去除率最高可达91.88%；而用活性炭 ＋铁粉处理废水，对水中的色度去除率最高可达93.69%。这一情况说明，活性炭 ＋铁粉对废水中色度的净化效果明显优于用活性炭处理废水的处理效果，且从初次出水时就表现出来并一直延续。

上述实验说明，在活性炭中添加铁粉，除了活性炭的吸附作用外还发生了微电池反应，这些物理化学作用不仅可以提高COD的去除率，还可以提高色度的去除率。

称取与前述实验相同质量的活性炭，加入与前述实验相同质量的铁粉，并加入催化剂 FeSO4和Fe2（SO4）3混合均匀后填充在反应柱内。实验结果见图5～图7。

由图5可见，在活性炭 ＋铁粉体系中添加催化剂FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，出水 COD浓度比用活性炭和活性炭＋铁粉体系处理出水COD浓度明显降低。用活性炭处理时，出水 COD浓度最低为224.2mg／L；用活性炭 ＋铁粉处理时，出水 COD浓度最低为 170.1mg／L；而在添加 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，出水 COD浓度最低为 34.1mg／L。

由图 6可见，在活性炭 ＋铁粉体系中添加催化剂 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，对 COD的去除率明显提高，用活性炭处理时，COD去除率最高可达92.03%；用活性炭 ＋铁粉处理时，COD去除率最高可达93.95%；而在添加 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，COD去除率最高可达98.79%。图5和图6的结果说明在活性炭 ＋铁粉体系中添加催化剂对废水中 COD的净化效果明显高于未添加催化剂的净化效果。

由图7可见，在活性炭 ＋铁粉体系中添加催化剂FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，对色度的去除率明显提高，用活性炭处理时，色度去除率最高可达91.88%；用活性炭 ＋铁粉处理时，色度去除率最高可达 93.69%；而在添加 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，色度去除率最高可达98.62%，出水呈无色透明。这说明在活性炭＋铁粉体系中添加催化剂对废水中色度的净化效果明显高于未添加催化剂的处理效果。

上述实验说明，在活性炭 ＋铁粉体系中加入催化剂 FeSO4和 Fe2（SO4）3对废水的净化效果明显高于未添加催化剂的净化效果。这是因为在活性炭＋铁粉体系中加入 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，使得溶液里的离子增多，可增强溶液的导电性能，促进微电池反应的进行，而加入的FeSO4和Fe2（SO4）3还可引起氧化还原反应和絮凝反应。这说明 FeSO4和 Fe2（SO4）3确实起到了催化剂的作用。

4 结论

（1）活性炭 －Fe组成的微电池净化印染废水的最佳工艺为活性炭 ＋铁粉 ＋催化剂。用此工艺处理出水脱色率可达90%以上，COD去除率在90%以上，出水中 COD浓度最低可在50mg／L以内，出水呈无色透明。

（2）由于铁碳微电池反应起主要作用的是腐蚀微电池作用，加入 FeSO4和 Fe2（SO4）3后溶液里的离子增多，使溶液的导电性能增大，容易发生铁碳微电池反应，增大微电流使腐蚀增加，从而提高了处理效率。FeSO4和 Fe2（SO4）3溶于水中还发生水解反应，可起混凝作用，而且 Fe2＋和 Fe3＋本身又可引起一系列氧化还原反应破坏发色物质的发色结构，使偶氮基断裂、大分子分解为小分子、硝基化合物还原为胺基化合物，达到脱色目的；新生的 H＋还能氧化还原降解废水中多种组分。因此，实验中添加的 FeSO4和Fe2（SO4）3起到了催化剂的作用。

（3）实验研究表明，活性炭－Fe组成的微电池净化处理印染废水，不仅脱色效果好，而且可提高废水的可生化性。具有工艺简单、处理效果好、无二次污染等优点，是很有发展前景的一项 “绿色环保”技术。

参考文献：

［1］Feofanov VA，Pilot BV，Zhda－novich L P，et al.Process and appa－ ratus for purifying effluentsand liquors［Z］.US Pat：45252－541985－06－25.

Purification of Printing and Dyeing Wastewater by Micro－Cell Process Composed of Activated Carbon and Fe

SUN Wei-hua1，XU Chang-cheng2，NING Ping3
（1.DaLi Bai Autonmous Prefecture Environmental Monitoring Station，DaLi XiaGuan 671000 China）

The treatment of the printing and dying wastewater by the process of activated carbon and Fe micro－cell is studied.The COD concentration of the treated water outlet could reach the minimum level of 34.1mg／L by the optimum treatment process，when the removal rate of COD and chrome is respectively 98.79%and 98.62%.The outlet water quality meets the Grade I of Comprehensive Wastewater Discharge Standard（GB8978－1996）.In average，the removal rate of COD and chrome of the outlet water is 96.67%and 96.46%.

micro－cell；activated Carbon and Fe；dying and printing wastewater；research

X791

A

1673－9655（2013）03－0068－04

2012－01－17

孙伟华 （1978－），女，硕士，主要从事环境工程和环境监测工作。