难生化染料废水的铁炭微电解处理研究

董岁明，古仪方，黄韬

(长安大学 环境科学与工程学院，陕西 西安 710054)

染料及染料中间体生产行业会产生大量的色度大、COD 含量高、有机物种类多的废水，对地表及地下水体均会产生较大影响，是目前用生化方法很难处理的废水之一，有必要在应用传统生化处理前对染料废水进行前处理。铁炭微电解法是对染料废水进行前处理的非常有效的工艺，可有效去除废水中CODCr、降低废水色度及提高废水的可生化性。该处理工艺及方法已较多的应用于印染废水的处理中，工业应用前景广阔［1-4］。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

铁炭材料(粒度20 ～30 mm)，自制;浓硫酸，分析纯;活性蓝染料，化学纯;模拟废水，用活性蓝染料配制而成，COD 含量为382.5 mg/L。

PHS-3C 型实验室pH 计;JJ-4 六联电动搅拌器;FA204 电子天平;CS-501 超级恒温器;UV-2550 型紫外可见分光光度计。

1.2 实验方法

采用静态和动态两种方法对染料废水进行处理。

1.2.1 静态处理法 按照固液比，取2 g 的铁炭微电解材料加入50 mL 的模拟废水中，用硫酸调节溶液的pH 值4，并搅拌1.5 h 后静置，取上清液分析。

1.2.2 动态处理法 用有机玻璃柱作为处理器，玻璃柱直径为10 cm，有效高度90 cm。处理装置见图1。将铁炭材料按照一定的固液比填入柱子，用硫酸调节染料废水的pH，染料废水通过循环泵从玻璃柱底部泵入，从上部流出。处理时间通过流量计调节。从取样口取样测定处理液的色度和COD。

图1 动态实验工艺流程Fig.1 Dynamic test process

1.3 分析方法

分析色度采用分光光度法［5］;COD 采用国家标准GB 11914—89 重铬酸钾法［6］。

2 结果与讨论

2.1 材料的作用机理

当铁炭微电解材料与酸性印染废水相接触时，铁炭微电解材料中的铁和添加的金属氧化物，会在酸性溶液中溶解，金属氧化物也会部分溶解，而变成金属离子，而这些溶解的金属离子会在铁的还原作用下生成金属单质而附着在铁炭微电解材料表面，这样就会在反应器存在着铁屑、稀贵金属和活性炭，当它们共同浸没在酸性染料废水中时，铁和炭、炭和稀贵金属以及铁与稀贵金属之间，由于电负性的差异存在着明显的电势差，这样便会在铁和炭、炭和稀贵金属以及铁与稀贵金属之间形成无数微小原电池，而这些微小原电池组合又形成较大原电池，使印染废水中的难降解有机物在受到微小原电池和大原电池的双重作用，强化了电化学作用，且自制的材料具有很好孔隙率和表面积，这些优势对防止铁屑板结和维持较好的水力条件均提供了保证。系统氧化还原反应的机理可表述如下:

铁与稀贵金属离子的反应机理:

原电池作用机理:

阳极 M－ 2e →M2+

阴极 2H++ 2e →2［H］→H2(酸性溶液中)

O2+ 4H++ 4e →2H2O(酸性溶液中)

从上述反应式可以看出，在酸性印染废水溶液中，由于氧化还原反应的进行，存在着电子转移，会产生自由基，这些自由基通过与染料发生化学作用，从而破坏染料的发色基，而使染料无法发色，这样污水的色度自然会降低。同时，由于化学反应的进行，使分子量较大的染料分子被离解为较小的分子，再者，大的新生态的高价金属氢氧化物是良好的絮凝剂，在合适的条件下会生成具有较好絮凝能力的处理剂，不仅可沉降废水中的SS，也能通过吸附作用降低某些重金属离子的浓度。这样就会提高印染废水的可生化性，为后续的生化处理提供了保证［7-8］。

2.2 静态实验结果

2.2.1 pH 对染料废水处理效果的影响 将一定量的铁炭微电解材料加入不同pH 值的染料废水中，反应时间控制为1.5 h，结果见图2。

图2 pH 值对染料废水处理效果的影响Fig.2 Effect of pH value on the treatment of dye wastewater

由图2 可知，随着pH 的增大，色度和COD 去除率均降低。因为原电池的电极反应在酸性较强的溶液中反应速率较快，但溶液pH 值太低，流出液中金属离子浓度会升高，铁炭微电解材料损耗增大，会造成环境的二次污染，因此，pH 值宜选择3 ～4。

2.2.2 处理时间对染料废水处理效果的影响 溶液pH 值为4，不同处理时间对COD 和色度去除率的结果见图3。

图3 处理时间对处理效果的影响Fig.3 Affect the processing time on the treatment effect

由图3 可知，COD 和色度去除率随处理时间增加呈现正相关关系，处理时间增加，处理效果越好。这可能与电极反应的充分程度有关，反应时间增大，反应程度增大。

2.2.3 铁炭微电解材料投加量对染料废水处理结果 溶液pH 值为4，反应时间为1.5 h，材料投加量对色度和COD 去除率影响结果见图4。

图4 铁炭微电解材料投加量对处理效果的影响Fig.4 Effect of micro-electrolysis material dosage for treatment effect

由图4 可知，铁炭微电解材料投加量为0.45 kg/L为宜。

2.3 动态实验结果

将废水pH 值调节到4，保持铁炭微电解材料投加量为0.7 kg/L，在不同处理时间测定溶液色度和COD 去除率，结果见图5。

图5 动态处理实验结果Fig.5 Dynamic processing results

由图5 可知，当废水pH 值为4，铁炭微电解材料投加量为0.7 kg/L，反应时间为100 min 时，色度去除率达98.7%，COD 去除率达89%。

3 结论

(1)铁炭微电解材料法对活性蓝染料废水有较好的处理效果，CODCr去除率高，脱色效果好。

(2)在静态条件下，当pH 值为4、铁炭微电解材料投加量为0.45 kg/L 及反应时间1.5 h，COD 去除率可达79%，脱色率达77%;动态条件下，铁炭微电解材料投加量为0.7 kg/L 反应时间100 min 时，COD 去除率可达89%，脱色率达98.7%。

(3)铁炭微电解材料法处理染料废水工艺简单、运行稳定，特别适用于酸性染料废水处理。参考文献:

［1］ 朱泉雯.铁碳微电解法在废水预处理过程中的应用现状及前景［J］科技资讯，2011，6(2):118-120.

［2］ Feng Zehua，Li Mengying. Purification and characterization of agarase from sp. Q5，a noval agarolytic bacterium isolate from printing and dyeing wastewater［J］.Folia Microbiol (Praha)，2012，57(5):379-386.

［3］ Lin Yaotang，Wen Chihuang，Chen Fangying.Effective removal of AB24 dye by nano/micro-size zero-valent iron［J］.Sep Purif Technol，2008，64(1):26-30.

［4］ 曹国凭，刘鹏程，刘杰，等. 铝炭微电解法降解活性艳红X-3B 的试验研究［J］. 水利科技与经济，2011，17(1):24-26.

［5］ 曾凡亮，罗先桃.分光光度法测定水样的色度［J］. 工业水处理，2006(9):69-71.

［6］ 国家标准化管理委员会. GB 11914—89 重铬酸钾法［S］.北京:中国标准出版社，1991.

［7］ 李真莹，韩相奎.微电解法的作用机理及其在废水处理中的应用［J］.辽宁化工，2011，40(10):1049-1051.

［8］ 叶亚平，唐牧，钱维兰，等. 动态强化微电解法处理染料废水及其机理的研究［J］.环境污染治理技术与设备，2004，5(6):29-32.