過氧化氫強化微電解法處理城市生活污水*

趙玲玲，蔡照勝

（鹽城工學院化學與生物工程學院，江蘇 鹽城 224003）

過氧化氫強化微電解法處理城市生活污水*

趙玲玲，蔡照勝

（鹽城工學院化學與生物工程學院，江蘇 鹽城 224003）

采用過氧化氫強化微電解法處理城市生活污水，結果表明，對初始質量濃度為300 mg/L的城市生活污水，在pH＝6，w（Fe）︰w（C）=1︰1，反應40 min，H2O2（30%）投加量0.05%（體積比）下，CODcr的去除率可達80%以上，殘留CODcr質量濃度在60 mg/L以下，達到了城鎮污水處理廠CODcr排放一級標準的B標準（GB 18918－2002）。此鐵炭體系在重復利用19次時，對CODcr的去除率仍在50%以上。

生活污水；過氧化氫；微電解

我國是世界上人口最多的國家,隨著城市人口的驟增、鄉村的城鎮化和人民生活水平的提高，城市污水總排放量也隨之相應逐漸增加[1]。我國水污染控制的重點已經從工業點源為主的控制，逐漸轉變到以城市生活污水為主的控制。然而，我國目前城市生活污水處理率尚未達到10%[2-3]。

污水生物處理法是19世紀末出現的污水治理技術，現今已成為世界各國處理生活污水的主要手段，但是污水生物處理工藝存在流程冗長、占地面積大、操作管理復雜等缺點。鐵炭微電解法是利用金屬的電化學腐蝕原理對廢水進行處理的良好工藝，近年來被廣泛研究與運用,但是單獨微電解處理能力有限，探索微電解與其它處理工藝的連結及協同十分必要。而Fenton氧化法是利用Fe2+與H2O2的一系列產生羥基自由基的鏈式反應對廢水難降解的有機物進行處理的高級氧化工藝[4]，其處理效果明顯，但單獨使用時處理成本較高。考慮到微電解反應中會產生一定量的Fe2+，如在進水中投加少量的H2O2，則可能在微電解反應中同時發生Fenton氧化反應而提高處理效果，同時也降低了處理成本。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

生活污水取自南京某城市污水處理廠[c（COD-cr）=300 mg/L]；廢鐵屑（長寬約0.5 cm，南京工業大學機械加工廠）；顆粒活性炭（20～50目，吸附飽和，溧陽竹溪活性炭有限公司）。

1.2 實驗儀器與試劑

儀器：85－1磁力攪拌器（金壇醫療儀器廠）；PHS-3C型精密pH計(上海精密科學儀器有限公司)；

試劑：Fe（NH4）2（SO4）2，NaOH，H2SO4，K2Cr2O7，Ag2SO4，H2O2（30%）（均為分析純）。

1.3 實驗方法

氧化：分別移取200 mL的生活污水若干份于250 mL的燒杯中，用1 mol/L的NaOH或H2SO4調節其pH值，各加入一定量的廢鐵屑及吸附飽和后的顆粒活性炭，且滴加一定體積的H2O2（30%）。將以上樣品置于磁力攪拌器上攪拌一定時間后，靜置，取上清液測定殘留CODcr濃度。

根據不同實驗條件，改變初始pH、鐵炭比、H2O2（30%）投加量及反應時間，研究CODcr的去除效果。

1.4 工藝流程

工藝流程見圖1。

2 結果與討論

2.1 過氧化氫強化微電解實驗

2.1.1 H2O2投加量對CODcr去除率的影響

廢水初始CODcr 300 mg/L，pH＝5，w（Fe）︰w（C）=1︰1，反應1 h，實驗結果見圖2。由圖2可知，H2O2（30%）投加量在0.05%～0.1%（體積比）時，CODcr的去除率均達到80%，這說明0.05%的H2O2已足夠在短時間內將污染物質降解到一定程度，0.1%H2O2的加入并未提高廢水CODcr的去除率，效果反而與0.05%的H2O2情況相似，這可能是由于體系中的H2O2發生副反應[5]·OH＋H2O2→H2O＋· HO2導致的。當H2O2濃度較低，有機物濃度較高時，·OH有較多的機會和有機物反應，上述副反應并不重要，但當H2O2濃度較高時，生成的·HO2氧化能力較弱，并且容易進一步反應，即·HO2＋·OH→H2O＋O2，不僅消耗·OH，而且使H2O2無效分解，降低了CODcr的去除率。因此選擇合適的H2O2投加量對此類廢水的處理效果有重要影響。本實驗中H2O2（30%）投加量可取0.05%（體積比）。

2.1.2 反應時間對CODcr去除率的影響

廢水初始CODcr300mg/L，w（Fe）︰w（C）=1︰1，pH＝5，H2O2（30%）投加量0.1%，實驗結果見圖3。由圖3看出，此反應較快，反應30 min后，CODcr的去除率即接近80%，40 min后CODcr的去除率均在80%～83%之間，殘留CODcr在60 mg/L以下。這是因為時間過短則H2O2未能反應完全，使羥基自由基·OH的產生量減少，去除率不高；時間過長則浪費資源，長時間的攪拌也會使已產生的絮體被打碎，影響反應效果。考慮到工程實際，確定最佳的反應時間為40 min。

2.1.3 pH對CODcr去除率的影響

廢水初始CODcr 300 mg/L，w（Fe）︰w（C）＝1︰1，H2O2（30%）投加量0.1%，反應1 h，實驗結果見圖4。由圖4可知，在偏酸性條件下，CODcr的去除率較高，均在80%以上。這是由于體系中的鐵和炭形成微電池，pH較低時，可提高氧化電極電位，促進電極反應的進行，而電極產物以新生態的 [H]和Fe2+為主，有利于氧化還原反應的進行；Fenton反應也適宜在偏酸性條件下進行。考慮到工程實際，確定反應最佳pH為6。

2.1.4 鐵炭比對CODcr去除率的影響

廢水初始CODcr 300 mg/L，pH=5，H2O2投加量0.1%，反應1 h，實驗結果見圖5。結果顯示鐵炭比對處理效果也有較大的影響。隨著鐵炭比的增加,處理效果先增加，當鐵炭質量比為1︰1左右時，CODcr去除率達到最大，80%以上；繼續增加鐵炭比，CODcr去除率呈緩慢下降趨勢。認為造成這種現象可能是由于：（1）鐵比例較少時，過多的活性炭使廢水與電極反應活性產物之間的接觸幾率減少，處理效果差；而隨著鐵投加量的增加，不僅使廢水與電極反應活性產物之間的接觸幾率增大，而且有利于反應Fe-2e→Fe2+向右進行,使活性產物Fe2+的數量增加，有利于還原有機物，也有利于Fenton氧化反應的進行，整個處理效果變好。（2）繼續增加鐵的量，使活性炭的量太少，以致形成的鐵炭微電池的量大大減少，而Fenton氧化反應中Fe2+只是作為催化劑，所以整個處理效果下降。因此本實驗中鐵炭質量比定為1︰1。

2.2 反應體系的重復利用

在w（Fe）︰w（C）=1︰1，200 mL生活污水pH=6，H2O2投加量為0.1 mL，反應40 min的條件下，將處理過生活污水的鐵炭體系，用來再次處理廢水，研究該體系重復利用次數對CODcr去除率的影響。實驗結果如下圖6。

從圖6可看出，隨著處理次數的增加，鐵炭體系對生活污水的處理效果逐漸降低。這是因為隨著鐵炭處理次數的增多，鐵炭表面可能吸附有污染物質，一方面阻止鐵炭之間的有效接觸，使微電池反應減弱，活性物質減少；另一方面鐵炭本身的吸附、絮凝作用也變弱，從而使得效果明顯變差。但相對來說，下降比較緩慢,即使當其處理第19次時，處理率仍有55%。因此，該鐵炭體系在實踐中可多次應用，該方法具有投資少、運行費用低的特點。

2.3 原理

鐵炭微電解法是利用金屬的電化學腐蝕原理對廢水進行處理的良好工藝，近年來被廣泛研究與運用。但是單獨微電解處理能力有限，探索微電解與其它處理工藝的連結及協同十分必要。

在上述試驗中，作者認為微電解與與Fenton氧化法兩者產生了協同作用，有效地提高了處理效果。

具體來說：①兩反應對應的最佳pH均在酸性條件下[6-7]，有利于進行協同作用；②微電解反應產生的大量Fe2+與原子H促進了Fenton反應的進行，特別是微電場的作用加快了Fenton反應的電子傳遞過程，對羥基自由基的產生具有激發作用[8]；③H2O2的存在相當于給微電解反應提供了原子氧，有效地促進了鐵屑的腐蝕從而提高微電解處理能力；④Fenton反應去除或破壞了一部分微電解作用難降解的有機物，有利于微電解反應中的絮凝，網捕，架橋，挾裹等作用的發揮，使得處理效果十分明顯。

3 結論

（1）本實驗采用過氧化氫強化微電解的方法處理城市生活污水，在最佳操作條件pH＝6，w（Fe）︰w（C）=1︰1，反應40 min，H2O2（30%）投加量0.05%（體積比）下，CODcr的去除率可達80%以上，COD-cr質量濃度從300 mg/L降至60 mg/L以下，達到城鎮污水處理廠CODcr排放一級標準的B標準（GB 18918－2002）。

（2）此鐵炭體系在重復利用19次時，對CODcr的去除率仍在50%以上。

（3）有關該反應體系的反應原理還有待于進一步研究。

[1]李順.淡水危機與節水技術[M].北京:化學工業出版社，2002：6.

[2]籍國東，姜兆春，趙麗輝，等.我國水資源的現狀分析與對策探討[J].環境科學進展，1998，7（5）:85－95.

[3]伊武軍.資源、環境與可持續發展[M].北京:海洋出版社，2001：9.

[4]S.H.Lin，C.C.Lo.Fenton Process for Treatment of Desizing[J].Water.Res.，1997,31（8）:2050-2056.

[5]Glazew H，Kangj W，Chapin D H.The Chemistry of Water Treat ment Proces-ses Involving Ozone，Hydrogen Peroxide and Ultravi olet Radiation[J].Ozone Science and Engineering，1987，9（4）：335 -352.

[6]陳麗華.Fenton試劑的特性及其在廢水處理中的運用[J].化學工程，2001，48（3）:24－25.

[7]詹燕.鐵屑內電解法對苧麻廢水的預處理研究[J].工業水處理，2003，23（1）:28－31.

[8]王羅春，聞人勤，丁桓如.Fenton試劑處理難降解有機廢水及其運用[J].環境保護科學，2000，27（3）：11－14.

Treatment of Domestic Wastewater by H2O2Enhanced Micro-electrolysis

ZHAO Ling-ling，CAI Zhao-sheng
（Yancheng Institute of Technology，Jiangsu Yancheng 224003，China）

H2O2enhanced micro-electrolysis was studied to treat domestic wastewater.The results show that when initial mass concentration of CODcr is 300 mg/L，w（Fe）︰w（C）=1︰1，pH=6，dosage of H2O2（30%）=0.05%，reaction time=40 min，removal rate of CODcr reaches 80%，mass concentration of CODcr decreases below 60 mg/L and reaches GB 18918－2002.After the above system is reused for 19 times,the removal rate of CODcr can still reach 50%.

Domestic wastewater；H2O2；Micro-electrolysis

X703

A

1671-0460（2010）02-0180-04

鹽城工學院2010年度人才引進科研項目（XKR2010060）

2009-11-27

趙玲玲（1983-），女，助教，碩士研究生，2008年畢業于南京工業大學,研究方向為污水處理技術。E-mail：zll830401@126.com。