鐵碳微電解法處理涂料廢水的試驗研究

楊　欣，武福平

（1.甘肅建筑職業技術學院，甘肅 蘭州 730050；2.蘭州交通大學環境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730070）

鐵碳微電解法處理涂料廢水的試驗研究

楊欣1，武福平2

（1.甘肅建筑職業技術學院，甘肅 蘭州 730050；2.蘭州交通大學環境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730070）

采用鐵碳微電解法對涂料清洗廢水處理，研究了靜態實驗中鐵碳比、固液比及pH值對COD去除的影響，動態實驗中一個運行周期內水質變化情況。實驗結果表明：靜態實驗中，鐵碳比為2:1時COD去除率最高，達到43.71%，固液比越高，COD去除率越高，pH越低，COD去除率越高，pH為1，接觸時間2 h時，COD去除率最高，達到57.14%。動態試驗中,COD去除率達到63.3%，前60 min NHN去除速率較低，隨著停留時間的增長，微電解對NH+4-N的去除效果越來越好，120 min時去除率為33.5%。

涂料廢水；鐵碳微電解；COD去除率

0　引言

涂料廢水常常伴隨以下特點：間歇性排放，水質和水量波動比較大；廢水水量少但污染物組成十分復雜，含多種有毒、難以生化降解處理的高分子和有機化合物；廢水的固體物含量高。該類廢水處理難度較大，主要處理工藝為物化處理法[1-2]，生物處理法[3-5]和物化法與生化法組合的工藝[6-9]。

微電解法在工業廢水處理領域已得到了廣泛應用，并且在節能、提高污水可生化性、去除高濃度污染物、脫色等方面做出了顯著貢獻[10-13]。由于其在經濟性、實用性上顯示出較大的優勢，常被優先選用為組合工藝中的預處理工藝來處理高濃度、難生物降解的有機廢水，如垃圾填埋場滲濾液、醫藥廢水等[12-14]。采用鐵-碳微電解法處理涂料廢水，旨在了解鐵碳微電解法對該類廢水的處理效果及通過實驗確定合理的運行參數。

1　廢水水質、實驗材料與實驗方法

1.1廢水水質

本實驗涂料清洗廢水是某乳膠漆生產公司在更換產品時清洗生產設備和產品包裝過程中洗滌濾布產生的。廢水主要成分為淀粉，聚乙烯醇，和少量聚醋酸乙烯，主要水質指標如下：COD 400～800 mg/L， pH 7～8，BOD5/COD 0.08～0.125，NH+4-N 30～38 mg/L。

1.2實驗材料

鐵碳混合物采用海綿鐵和無煙煤。海綿鐵粒徑為2～4 mm，預處理方法為先用清水淘洗，接著用10%氫氧化鈉溶液浸泡10 min，去除表面有機物，再用清水沖洗干凈，用2%鹽酸浸泡20 min，最后用清水沖洗干凈備用。無煙煤粒徑為0.8～1.2 mm，直接用清水淘洗后晾干備用。

1.3實驗裝置

1.3.1微電解靜態實驗

準備若干個具塞250 mL的錐形瓶，分別加入一定量涂料廢水，并將一定體積比的海綿鐵與無煙煤的混合填料各10 g分別加入其中，置于搖床上反應一個周期(2 h)，倒出反應液，使廢水與混合物分離，取15 mL廢水離心分離20 min，測定水樣水質。

1.3.2微電解動態實驗

微電解動態實驗裝置由高位水箱、有機玻璃柱，出水儲水箱等組成(見圖1)。有機玻璃柱直徑為60 mm，中間采用法蘭連接，填料層高度為100 cm，下部為石英砂，高度為10 cm，上部為海綿鐵/無煙煤混合物，高度為90 cm。

實驗廢水由人工加入高位水箱，通過控制流量以控制水力停留時間，在玻璃柱內進行完鐵碳微電解反應后經過石英砂過濾，最后進入儲水箱。實驗在室溫條件下進行。

1.4分析方法

圖1　動態實驗裝置圖

2　實驗過程及分析

2.1微電解靜態實驗

2.1.1鐵碳比對COD去除率的影響

本實驗初期對海綿鐵與無煙煤混合物的比例進行確定，分別取海綿鐵與無煙煤混合物八份(鐵和碳的體積比分別為1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1)進行實驗，測定反應液COD。結果見圖2。

圖2　不同鐵碳比下的COD去除率

根據圖2，發現不同鐵碳比對COD均有一定的去除能力，但COD去除率并不與鐵碳比的升高或降低成正比，當鐵碳比從1∶1增加至2∶1時，COD去除率從39.52%提升至43.71%。鐵碳比為2∶1和2.5∶1時，COD去除率差距很小，鐵碳比為3∶1至6∶1時，COD去除率范圍為31.06%～34.09%，但比1∶1～2.5∶1時要低，其中鐵碳比為3∶1和6∶1時COD去除率基本一樣，鐵碳比為2∶1時COD去除率最高。故通過實驗選定鐵碳比為2∶1。

2.1.2pH對COD去除率的影響

pH能夠影響鐵碳微電解處理效果，有研究者發現不同pH條件對鐵碳微電解處理廢水均存在一定影響[16-17]。為了了解pH對COD去除的影響，在鐵碳比為為2∶1的條件下，分別測定了pH為1、 3、5、7、9、11、13時COD的去除率(見圖3)，從圖3可以看出，pH越低，COD去除率越高，pH=1時，COD去除率最高，可達到57.14%。羅旌生、曾抗美等[11]利用鐵碳微電解法處理染料生產廢水也得到類似結論。若pH過低，在一定程度上會降低氧化還原反應的速度，降低原電池的效應，而且會阻礙Fe(OH)2和Fe(OH)3的生成，Fe與酸反應導致出水Fe2+和Fe3+過高引起溶液色度過高，且需要后續處理投加大量的堿，不利于控制成本[18]。本實驗pH從7至13，COD去除率在32.03%～38.09%范圍內，差距并不明顯，綜合上述原因，故不對原水pH(7～8)進行調整。

圖3　不同pH下的COD去除率

2.1.3固液比對COD去除率的影響

在鐵碳微電解反應中，鐵碳混合物的投加量(m)與反應體系中待處理廢水的體積(V)之比為固液比(g/L)。利用上述實驗結論，即：Fe:C=2∶1，保持原水pH，研究不同固液比對COD去除的影響。為了了解固液比對COD去除的影響，本實驗采用停留時間為2 h，固液比分別為50∶1、100∶1、200∶1、300∶1、400∶1、500∶1時，測定出水COD的情況。結果見圖4。

圖4　不同固液比下的COD去除率

從圖4看出，鐵-碳微電解反應的處理效率隨鐵屑用量增加而提高。但是鐵屑用量如果超過一定的數值之后，去除率增加并不明顯。故認為鐵屑量足夠時，鐵屑量一般不會成為鐵-碳微電解法處理的重要影響因素，但若鐵屑用量很大，需從經濟角度考慮，故固液比不能太高。綜上分析固液比選為100∶1。

2.2微電解動態實驗

在前述實驗結果的基礎上，即鐵碳比為2∶1，固液比為100∶1，原水pH不調節，進行了以2 h為一個運行周期的動態實驗，得到不同反應時間內COD、 NHN去除率及pH的變化，實驗結果見圖5。 31.06%～43.71%，COD去除率并不與鐵碳比的變化成正比，鐵碳比為2:1 COD去除率最高，達到43.71%。

圖5　一個運行周期內水質變化

（2）pH越低，COD去除率越高，pH=1時，去除率最高，達到57.14%。

（3）固液比越高，COD去除率越高。

（4）在一個運行周期(2 h)內，COD去除率達到63.3%。鐵-碳微電解發生氧化還原反應的時間段即為COD去除的時間段，pH變化曲線與COD去除率變化曲線基本相似。前60 min NHN去除速率較慢，隨著停留時間的增長，微電解對NHN的去除效果越來越好，120 min時去除率達到33.5%。

從圖5可看出，前30 min內pH升高較快，該階段氧化還原反應劇烈且迅速，與COD去除率變化規律基本一致，在鐵碳微電解反應中，陰極反應產生大量[H]和[O]，[H]和[O]均能與廢水中許多成分發生氧化還原反應，使有機大分子斷鏈降解，去除部分有機物，廢水COD降低，出水時COD去除率達到63.3%。pH變化曲線與COD去除率變化曲線存在較大相似，鐵-碳發生氧化還原反應的時間段即為COD去除的時間段。

王鋒，周恭明[12]采用鐵-碳微電解法處理老齡垃圾填埋場滲濾液，顯示微電解中的鐵屑對NHN有較好的去除效果。趙振振、蔣建國等[14]利用鐵碳微電解法對垃圾填埋場滲濾液進行處理，結論顯示鐵碳微電解對NHN也有一定的去除能力，但去除率只有約19%。本實驗亦了解了鐵碳微電解法對涂料廢水中NH+4-N的去除能力。從一個運行周期內NH+4-N去除率變化來分析，前60 min NHN去除速率較慢，可能是由于原水中NH+4-N濃度低，隨著微電解反應的進行，微電解使廢水中的有機氮轉化成NHN，再被去除，所以隨著反應時間的增長，溶液中NHN越來越多，微電解對NHN去除效果越來越好，120min時去除率達到33.5%。NHN去除可能是[O]的氧化性所致，但是由于鐵碳微電解法主要是利用新生態[H]和Fe2+的還原能力，故對NHN去除能力依然有限。

3　結論

（1）鐵碳比從1:1～6:1時，COD去除率變化不大，為

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A

1009-7716（2016）02-0163-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.045

2015-10-29

國家自然基金資助項目(51068014)

楊欣（1984-），女，甘肅蘭州人，講師，從事水處理理論與技術研究工作。