海綿鐵內電解法處理染整廢水的研究

郭有才,陳穎,丁淑杰

摘要：采用燒杯試驗法對羊絨制品染整廢水進行海綿鐵內電解法去除色度及化學需氧量（ＣＯＤ）的試驗研究。試驗結果表明，海綿鐵投加量在５００ ｇ／Ｌ、ｐＨ ５～６、反應時間為６０ ｍｉｎ，在一定的攪拌強度下輔以混凝、氯氧化綜合作用，色度的去除率達到９０％以上、ＣＯＤ的去除率達到９５％以上，廢水出水能達到國家標準。

關鍵詞：染整廢水；海綿鐵；內電解

中圖分類號：Ｘ７０３．１文獻標識碼：Ａ文章編號：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

河北省邢臺市某羊絨制品廠主要產品為羊毛衫、羊毛褲。該企業排出的廢水主要為后整理廢水，廢水量約為１５ ｍ３／ｄ。根據環保部門要求，經處理的廢水出水應達到《紡織染整工業水污染排放標準》（ＧＢ４２８７－９２）一級標準。該羊絨制品廠廢水水量雖小，但由于產品顏色繁多，水中染料種類復雜， 廢水水質具有較典型的印染廢水特征［１，２］，其色度與ＣＯＤ是處理難點。鑒于該廠排水量小且具有間歇性生產的特點，不宜選擇生化工藝，而擬采用海綿鐵內電解—絮凝沉淀—氯氧化工藝。本著節約成本并確保廢水排水達標的原則，試驗采集該廠水樣進行了燒杯試驗研究，以便確定最佳工藝及運行參數。

１材料與方法

１．１試驗材料

為便于水樣采集及積累數據，試驗在該廠一舊車間（約３０ ｍ２）內進行。廢水采自生產車間排水口，主要污染物及環保部門排水要求如表１所示。

選擇１ Ｌ燒杯作為內電解主反應器（下文皆稱為反應器），用于裝填海綿鐵，經海綿鐵處理的廢水再進行絮凝沉淀，最后對上清液進行氯氧化處理。反應器配有六聯攪拌器作為混合裝置。海綿鐵購自邢臺某海綿鐵制造公司，粒徑為１．０～２．５ ｍｍ。

１．２試驗儀器

試驗所用儀器主要有ＰＨＳ－２５型雷磁ｐＨ計（上海精密科學儀器有限公司）；ＣＯＤ－５７２型ＣＯＤ分析儀（上海精密科學儀器有限公司）；ＸＺ－ＷＳ型污水廢水色度儀（上海江儀儀器有限公司）。

為保證數據準確，試驗同時配套了化學需氧量重鉻酸鉀法（ＧＢ １１９１４－１９８９）、水質色度的測定稀釋倍數法（ＧＢ １１９０３－１９８９）規定的相關藥劑與器皿，對儀器數據進行驗證。

１．３試驗方法

取適量海棉鐵進行皂洗除油，用體積分數為５％的Ｈ２ＳＯ４浸泡活化３０～４０ ｍｉｎ， 再用清水沖洗干凈待用。試驗利用高位水箱向反應器中注入染整廢水，利用流量計控制流量。相關監測指標均采用國家標準方法進行測定。所取原水水樣經測定色度為４６５，ＣＯＤ為８６２ ｍｇ／Ｌ。水溫控制在２０ ℃，攪拌轉速為１２０ ｒ／ｍｉｎ。在小試環境下，主要研究ｐＨ、海綿鐵投加量對ＣＯＤ、色度去除效果的影響以及內電解后廢水再經絮凝、氯氧化處理能否達到排水要求。

２結果與分析

２．１ｐＨ與ＣＯＤ、色度去除率的關系

試驗表明，內電解反應在較低ｐＨ范圍內更有利于廢水污染物的去除，因此本研究將ｐＨ設定為３、４、５、６，海綿鐵投配量設定為１００ ｇ／Ｌ和４００ ｇ／Ｌ，廢水中ＣＯＤ、色度去除情況如圖1、2所示。

由圖１和圖２可知，ｐＨ對色度去除率與海綿鐵投配量有直接關系［３］。在低海綿鐵投配量下（１００ ｇ／Ｌ），ｐＨ的影響是明顯的，尤其是ｐＨ越低影響越明顯。分析原因是在低ｐＨ條件下，鐵離子溶速快、溶出量大，反應產生的電子數也較多，有利于海綿鐵去除色度。當增加海綿鐵投配量后，ｐＨ的影響則被減弱，主要是因為隨著海綿鐵總量的增加，提升了參與反應的微原電池，即便ｐＨ增大，產生的電子數也能保證反應快速進行。隨著海綿鐵投加量增大，去除色度的效果也更好，反應時間也隨之縮短。

由圖３和圖４可知，在海綿鐵投加量少的情況下，ｐＨ與ＣＯＤ去除效率明顯相關，尤其是在反應初期［４］。海綿鐵投加量增加后，ｐＨ影響趨于平緩。在低投配量（１００ ｇ／Ｌ）條件下，水環境中短時間內因為酸多，鐵離子多，氫離子多，利于內電解氧化還原反應的進行；在高投配量（４００ ｇ／Ｌ）條件下，由于鐵料增多，內電解活性點數大增，從而發揮了主導作用［３］。

綜上所述，雖然低ｐＨ對脫色反應、去除ＣＯＤ都有積極作用，但會增加海綿鐵用量及酸耗，故選用ｐＨ＝５為后續試驗反應條件。反應時間控制在６０ ｍｉｎ比較合適，故作為后續反應時間。

２．２海綿鐵投加量與色度、ＣＯＤ去除率的關系

試驗將廢水ｐＨ調至５，反應時間控制在６０ ｍｉｎ內，分別在０、１０、２０、３０、４５、６０ ｍｉｎ進行采樣分析，試驗結果如圖５和圖６所示。

由圖５可知，海綿鐵投加量越大，越有利于色度的去除，且去除效果主要體現在反應初期［４］。投加量增加到７0０ ｇ／Ｌ后，出水色度維持在６０～６５之間。分析原因有三，一是隨著酸度的消耗，導致除色效果降低；二是廢水中體現色度的殘留污染物不再被反應，影響色度去除；三是反應過程中產生的鐵離子顏色的影響。

由圖６可知，隨著海綿鐵投配量增大能提高ＣＯＤ的去除率；當ＣＯＤ去除率相同時，投配量越大所需時間越短；當投配量達到５００ ｇ／Ｌ后，再增加投配量對去除ＣＯＤ的效果并無明顯提高。通過比較分析，確定將海綿鐵投加量控制在５００ ｇ／Ｌ較為合適。

２．３內電解后出水的混凝沉淀

以投加量為５００ ｇ／Ｌ海綿鐵燒杯中反應后上清液為研究對象。取上清液水樣２００ ｍＬ（ＣＯＤ＝９０ ｍｇ／Ｌ，色度為６２）置于２５０ ｍＬ錐形瓶中，在恒溫磁力攪拌作用下，向廢水中加入石灰水，利用水中已有鐵離子及石灰水的絮凝作用，實現上清液的絮凝沉淀處理。經反復檢測驗證可以去除２０％的色度及１５％的ＣＯＤ。

２．４絮凝沉淀出水氯氧化試驗結果

將混凝沉淀后的水樣進行氯氧化試驗，進一步去除水樣中的ＣＯＤ和色度。所取混凝沉淀后水樣經測定ＣＯＤ約在８２ ｍｇ／Ｌ，色度約為５０。向水樣中投加次氯酸鈉１０ ｍｉｎ后，分別測定水中ＣＯＤ和色度，試驗結果表明能夠再去除１５％～２５％色度和ＣＯＤ。能夠有效保障出水達到排放要求。

３小結與討論

１）通過對該羊絨制品廠廢水水樣的燒杯試驗分析表明，海綿鐵投加量在５００ ｇ／Ｌ、ｐＨ＝５～６、反應時間在６０ ｍｉｎ及一定的攪拌強度，利用海綿鐵內電解、混凝、氯氧化綜合作用可去除９０％色度和９５％ ＣＯＤ。

２）建議采用預處理—海綿鐵內電解—絮凝沉淀—氯氧化工藝。利用海綿鐵內電解作用去除廢水中大部分的色度及ＣＯＤ，再通過混凝、氯氧化加以強化去除效果；氯氧化處理可以直接采用二氧化氯發生器投加二氧化氯。

參考文獻：

［１］ 張林生．印染廢水處理技術及典型工程［Ｍ］．北京：化學工業出版社，２００５． ９－３７

［２］ 龔大國，朱永全，涂強，等． 印染廢水處理工程技術［Ｒ］． 中國工程物理研究院科技年報，２００１．３３２－３３４．

［３］ 張亞靜，應金英，陳曉峰． 鐵炭內電解法處理印染廢水［Ｊ］． 環境污染與防治，２０００，２２（５）：３３－３６．

［４］ 沈麗娜，完顏華，廖志成． 海綿鐵對印染廢水脫色研究［Ｊ］． 環境科學與技術，２００４，２７（６）：１８－２０.