混凝沉淀－铁炭微电解-Fenton法处理电镀有机污染物的研究

林梓河， 何德光

（1.广州市金龙峰环保设备工程有限公司，广东 广州 510000；2.深圳市罗湖区环境保护监测站，广东 深圳 518019）

混凝沉淀－铁炭微电解-Fenton法处理电镀有机污染物的研究

林梓河1， 何德光2

（1.广州市金龙峰环保设备工程有限公司，广东 广州 510000；2.深圳市罗湖区环境保护监测站，广东 深圳 518019）

电镀废水是一种典型的难降解废水，可生化性差，需采用物化法进行处理。取混凝沉淀后的废水进行研究，采用铁炭微电解-Fenton法进行处理。结果表明：混凝沉淀预处理电镀废水后，采用该组合工艺，能很好地降低废水中难降解有机物的浓度及除色度。铁炭微电解反应的最佳pH值为3～4，最佳停留时间为60～90min。Fenton反应的初始pH值为3～4较合适；反应时间为60min时，COD的去除率接近最大值；H2O2的最佳投加量为10%。

电镀废水；有机物；铁炭微电解；Fenton

0 前言

随着电子产品需求量的不断增加，电镀行业所产生的污染问题也日益严重。目前对电镀废水的处理与监控偏重于重金属离子的去除，而废水中的有机污染物则较少被作为处理及研究的重点。废水中有机污染物的浓度很高，可生化性较差，若采用物化方法处理，COD 难以达标［1］。

以电镀厂前处理过程中产生的废液为研究对象，通过采用微电解-Fenton法作为其主要的处理工艺，使难生物降解的有机物得以去除或转化为易降解的有机物，预处理出水的COD值降低到600 mg/L以下，满足了生产厂家对预处理工艺的要求。

1 实验

1.1 水质分析

实验废水取自广东某电镀厂产生的酸性废水和碱性废水。将两种废水按产生水量比例充分混合。该废水有机物浓度高、色度深、组分复杂、可生化性差。废水水质指标，如表1所示。

表1 废水水质

1.2 实验仪器

pH酸度计（上海雷磁仪器厂）；多功能磁力搅拌器（国华电器有限公司）；静态微电解反应器和Fenton反应器（均采用500mL的烧杯，铁炭反应器填充30%的铁屑和活性炭）。

1.3 实验方法

1.3.1 微电解实验

实验前对所采用的废铁屑进行预处理，以去除其表面的油污及氧化物。铁炭微电解实验按铁炭体积比1∶1于反应器中进行。将电镀废水用HCl调节pH值至预定值，之后置于微电解柱中进行搅拌反应。反应一定时间后，将微电解出水用NaOH调节pH值至9～10，静置30min，测定上清液的COD值和色度。

1.3.2 Fenton实验

取200mL微电解出水，调节出水的pH值至预定值，之后加入一定量30%的H2O2。反应一定时间后，用NaOH调节pH值至9～10，静置30min，测定上清液的COD值和色度。

1.4 分析方法

COD采用重铬酸钾法测定；色度采用稀释倍数法测定；pH值采用酸度计测定。

2 结果与讨论

2.1 微电解工艺参数探讨

微电解工艺是基于金属材料的腐蚀电化学原理，利用铁炭粒料在电解质溶液中形成的微（内）电解过程来处理废水的一种电化学技术。它集原电池反应、氧化还原、絮凝吸附、共沉淀等作用于一体。其反应中所产生的大量初生态的Fe2＋和原子H具有高化学活性，能改变废水中许多有机物的结构，使有机物发生断链、开环等作用。此外，微电解过程中可产生一部分羟基自由基，其强氧化性可氧化一部分有机污染物。影响微电解工艺处理废水效果的因素有很多，如铁炭比、铁屑种类、进水pH值、停留时间等［2－3］。铁炭比影响微电解体系中原电池的数量，当炭粒不足时，体系中的原电池数量不足；当炭粒过量时，原电池的电极反应受抑制，更多地表现为吸附［4－5］。通常微电解反应中铁炭的体积比为1.0～1.5。

2.1.1 进水pH值的影响

在不同的pH值范围内，微电解反应的机制及产物的形式都大不相同。在酸性条件下，阳极Fe会发生析氢腐蚀，伴有大量新生态H的产生，废水中的有机物发生氧化还原反应而去除。降低pH值可以提高反应速率，但是溶液的pH值过低时，作为阳极材料的Fe会过量腐蚀，出水中含有大量的Fe2＋及Fe3＋，使得出水的色度升高。在中性或碱性条件下，阳极Fe腐蚀主要以析氧腐蚀为主，产生的OH－与Fe2＋及Fe3＋生成沉淀物，沉积在电极表面，抑制了电化学反应的进行。

进水COD值为1 480mg/L。控制微电解反应的停留时间为0.5h，考察在不同初始pH值下曝气微电解对废水的处理效果，结果见图1。

语音是人类了解世界的重要手段,其中语音定位又是实现语音重现的重要手段,在语音增强、语音识别[1]、增强现实等领域中被广泛使用。

图1 不同pH值下COD的去除情况

由图1可知：COD的去除率随pH值的升高而降低；当pH＞5后，曲线趋于平坦。可见，酸性条件有利于反应的进行，但在强酸性条件下，铁屑的腐蚀加快，使得废水中大量的Fe2＋溶出，不仅导致出水色度增加，而且需耗费大量的酸来调节pH值，费用较高。综合考虑COD的去除率及运行成本，确定微电解进水pH值在3～4之间为宜，此时COD的去除率约为53%。

2.1.2 停留时间的影响

停留时间是微电解反应的一个重要的影响因素，它关系到氧化还原等作用的时间长短。停留时间越长，作用也就越彻底，反应越充分。当停留时间过长时，铁的腐蚀量增加，从而使溶出的Fe2＋大量增加，并氧化成为Fe3＋，造成色度增加及后续处理困难。

进水COD为1 480mg/L。调节微电解进水pH值为3～4，考察在不同停留时间下曝气微电解的处理效果，结果见图2。

图2 不同反应时间下COD的去除情况

由图2可知：在反应前期，COD和色度的去除率上升较快；反应时间超过90min后，COD的去除率上升变缓。综合考虑COD的去除率和铁屑的消耗量，确定微电解的停留时间在60～90min之间为宜，此时COD的去除率为67.7%～68.5%。

2.2 Fenton法强化处理反应参数探讨［6－7］

Fenton法强化处理是在微电解出水中加入适量的H2O2，使H2O2在Fe2＋的催化作用下生成氧化能力极强的羟基自由基，破坏废水中有机物的结构及发色基团，达到进一步脱色、降低COD及提高废水可生化性的目的。向微电解出水中投加适量H2O2进行条件优化实验，确定最佳的进水pH值、停留时间及H2O2的投加量。

初始pH值直接影响Fenton法的处理效果。在酸性环境下，Fe2＋和Fe3＋以离子或游离状态存在，容易与H2O2反应生成具有强氧化性的羟基自由基；而在碱性条件下，Fe2＋和Fe3＋容易与OH－结合形成Fe（OH）n沉淀，仅有少量Fe2＋能与 H2O2反应生成羟基自由基，反应效果不理想。微电解出水按10%（双氧水与废水的体积比）的投加量加入30%的H2O2，控制反应时间为30min，考察在不同初始pH值下Fenton法的处理效果，结果见图3。

图3 不同pH值下COD的去除情况

由图3可知：COD和色度的去除率呈先上升后下降的趋势；pH值为3时，两者的去除率达到最大值。考虑到强酸可能会腐蚀反应容器，故结合运行成本等因素选择初始pH值为3和4较适宜，此时对应的COD的去除率分别为67%和60%。

2.2.2 停留时间的影响

Fenton法是利用具有强氧化性的羟基自由基降解有机物，羟基自由基的产生速率及与有机物的反应强度直接影响最终的处理效果。微电解出水按10%（双氧水与废水的体积比）的投加量加入30%的H2O2，设置初始pH值为3，反应时间为30，45，60，75，90min时取样分析水质情况，结果见图4。

图4 不同反应时间下COD的去除情况

由图4可知：COD的去除率在最初的30min内迅速增长；反应60min后，COD的去除率趋于稳定；而反应前60min去除COD达75.8%。因此，综合考虑经济合理性，认为Fenton法的最佳反应停留时间为60min。

2.2.3 H2O2投加量的影响

对Fenton法而言，H2O2的投加量直接影响羟基自由基的产生量。适量的H2O2有利于促进羟基自由基的产生，但过量的H2O2将出现无效分解，并导致废水的COD值增加。调节微电解出水的pH值为4～5，控制反应时间为1h，考察H2O2的投加量对Fenton法处理效果的影响，结果见图5。

图5 不同H2O2投加量下COD的去除情况

由图5可知：COD和色度的去除率与H2O2的投加量呈正相关性；当H2O2的投加量增加到COD为140mg/L以后，反应基本趋于稳定。因此，实验确定H2O2的最佳投加量为10%，此时COD的去除率为78.1%。

3 结论

（1）混凝沉淀预处理电镀废水，去除大量的悬浮物及降低色度后，采用铁炭微电解-Fenton联合工艺，能很好地降低废水中难降解有机物的浓度及色度；同时，在多次沉淀的过程中，重金属离子也能得到较大程度的去除。

（2）铁炭微电解反应的最佳pH值为3～4，最佳停留时间为60～90min。

（3）Fenton反应的初始pH值为3～4较合适；反应时间为60min时，COD的去除率接近最大值；H2O2的最佳投加量为10%。

：

［1］刘世德，孙宝盛，刘景允.综合电镀废水处理技术的实验研究［J］.工业水处理，2010，30（3）：85-88.

［2］李志明.小型电镀厂废水处理技术介绍［J］.广东化工，2006，33（5）：82-85.

［3］刘启明，林锦美，黄锦山.电镀废水分类化学处理法工程设计实例［J］.工业水处理，2008，28（4）：65-68.

［4］任志宏.重金属废水中含镍废水的处理［J］.太原科技，2007（2）：72-76.

［5］叶恒鹏，陆少鸣，毛卫兵，等.线路板厂废水处理工程实例［J］.工业水处理，2004，24（6）：52-55.

［6］闵怀，傅亮，陈泽军.Fenton法及其在废水处理中的应用研究［J］.环境污染与防治，2004，26（1）：28-30.

［7］王永广，俞元阳.微电解-Fenton法处理2—3酸生产废水的研究［J］.水资源保护，2004（1）：18-21.

A Research on Treatment of Electroplating Organic Pollutants with Coagulating Sedimentation-Ferric-Carbon Micro-electrolysis-Fenton Process

LⅠN Zi-he1， HE De-guang2
（1.Guangzhou Jinlongfeng Environmental Protection Equipment Engineering Co.，Ltd.，Guangzhou 510000，China；2.Environmental Monitoring Station of Luohu District，Shenzhen 518019，China）

Electroplating wastewater is a typical refractory wastewater，poor in biodegradability，so the physicochemical method is required for its treatment.The wastewater taken after coagulating precipitation were investigated and treated with ferric-carbon micro-electrolysis-Fenton method.The results show that using this combined process following the pretreatment of electroplating wastewater by coagulating sedimentation can greatly reduce the concentration of the organic matters difficult to degrade in the wastewater and can also remove the chroma.In ferric-carbon micro-electrolysis reaction，the optimal pH is 3～4and the best residence time is 60～90min.The initial pH of 3～4is more appropriate for Fenton reaction；when the reaction time is 60min，the removal rate is close to the maximum value；the best dosage of H2O2is 10%.

electroplating wastewater；organic matter；ferric-carbon micro-electrolysis；Fenton

X 781.1

A

1000-4742（2014）04-0047-04

2012-12-10