鐵碳微電解處理單一印染廢水的實驗研究

摘 要：文章采用鐵碳微電解原理處理單一印染廢水。采用單因素分析法研究初始pH值、反應時間、鐵碳比和鐵炭投加量對電解處理的影響，確定最佳實驗條件。實驗結果表明：鐵碳微電解處理單一印染廢水的最佳脫色率高達95%～97%。

關鍵詞：鐵碳微電解；活性炭；單一印染廢水

1 概述

印染是對紡織材料進行再加工的過程，包括預處理、染色、印花和整理等四個過程。印染四個工序過程都排出廢水，如預處理階段（包括燒毛、退漿、煮煉、漂白、絲光等工序）排出退漿廢水、煮煉廢水、漂白廢水、絲光廢水，染色階段排出染色廢水，印花階段排出印花廢水和皂洗廢水，整理廢水工序則排出整理廢水。印染廢水是以上各種廢水的混合廢水，或除漂白廢水以外的綜合廢水。廢水中的有機組分主要以芳烴和雜環化合物為母體，并帶有顯色基團（如-N=N-.-N=O）及極性基團（如-SO3Na、-OH、-NH2）。染料分子中含較多能與水分子形成氫鍵的-SO3H、-OH、-COON基團，如活性染料和中性染料等，染料分子能全溶于廢水中，不含或少含-SO3H、-OH、-COON等親水基團的染料分子以疏水性懸浮微粒形式存在于廢水中；含少量親水基團，但分子量很大，或完全不含親水基團的染料分子，在水中常以膠體形式存在。

鐵炭微電解處理染料、印染、電鍍等廢水，可與混凝沉淀或生物處理組成聯合工藝[1]。有研究表明，廢水經鐵炭微電解處理后加石灰乳中和混凝沉淀處理，即可通過電解等作用使難生物降解的物質反應生成小分子物質和可生物降解的物質，又可混凝沉淀去除雜質，處理效果比單純的石灰混凝沉淀效果要好[2]。為強化處理效果，人們了解到，鑄鐵屑在酸性且充氧的條件下，腐蝕最甚，當在鑄鐵中混入含碳顆粒，如石墨、焦炭、活性炭、煤渣等可加速腐蝕過程，調節廢水pH值在酸性范圍內，增加進水中的氧的含量（可短時曝氣）以及混入一種或兩種含炭顆粒，能防止鐵屑表面鈍化，提高處理效果。此外，人們正在致力于繼續探討電極產物對不同污染物的作用機理[3]。對鐵屑活化，進行處理藥劑選擇，活化助劑的選用與配比，廢水在濾柱內的流動狀態，鐵屑過濾與絮凝法、生化法的聯用等內容的研究也十分活躍。可以肯定，這些研究成果將對印染、電鍍、及其他難降解廢水的治理具有十分重要的現實意義[4]。

文章采用微電解法處理印染廢水，利用鐵和碳的微電解作用，研究初始pH值、反應時間、鐵碳比、鐵炭投加量對于色度去除率的影響。

2 實驗部分

2.1 染料廢水的配制

外購深藍、堿性桃紅燃料，分別配成60mg/L的單種染料廢水。

2.2 鐵屑及活性炭的預處理

鐵屑使用前先用2%稀鹽酸浸泡15min。活性炭在廢水中浸泡24小時，屏蔽活性炭吸附的影響。

3 結果與討論

3.1 pH值對處理效果的影響（圖1）

廢水反應時間為20min，鐵炭比為1：1，鐵炭投加量為140g/L。印染廢水的pH為4時，色度去除率達到95%以上，這與微電解反應過程中需要在酸性條件下是一致的。因為陰極反應需要溶液不斷提供大量的H+，以生成新生態〔H〕，pH調得越低，耗酸量越大，會增加處理成本。同時也會使陽極（鐵）溶解性增加，色度去除率降低[5]。

3.2 反應時間對處理效果的影響（圖2）

初始pH值為4，鐵炭比為1：1，鐵炭投加量為140g/L，反應時間分別取10min、20min、30min、40min。微電解處理印染廢水最佳反應時間為20min左右，這時色度去除率達到95以上，而超過20min以后色度去除率又呈下降趨勢，也就是說，微電解反應時間并不是越長處理效果越好。原因是隨著微電解時間的延長，陰極反應消耗的H+就越多，水中的H+濃度就會越來越低，微電解的作用就會愈差，另一方面，在陽極上的反應，鐵離子在酸性環境的活性更強，被電離出來的Fe2+就更多，加堿中和后生成的Fe（OH）2和Fe（OH）3就更多。

3.3 鐵炭比對處理效果的影響（圖3）

初始pH調為4，反應時間為20min，鐵炭投加量為140g/L，鐵炭質量比分別研究1：3、1：2、1：1、2：1、3：1。鐵炭比的變化會引起出水色度的變化，當鐵屑和活性碳質量比為1：1時有較好的處理效果，色度去除率達到95%～97%。原因是鐵屑和活性炭質量相近，均勻混合時，易形成理想的電極。

3.4 鐵炭投加量對處理效果的影響（圖4）

把初始pH調為4，反應時間為20min，鐵炭比為1：1，研究不同鐵炭投加量100g/L、120g/L、140g/L、160g/L、180g/L對處理效果的影響。當鐵屑鐵炭投加量小于140g/L時，隨著鐵炭投加量的增加，色度去除率上升，當鐵炭投加量大于140g/L的時，繼續增加鐵炭投加量會影響色度去除率，但是影響不大，這可能與產生過多的鐵離子有關。所以在鐵炭比1：1，反應時間為20min，pH值為4的時候，選擇140g/L是最理想的。

4 結束語

單種染料廢水處理的最佳實驗條件為：pH為4，反應時間為20min，鐵炭比為1：1，鐵炭投加量為140g/L。最終處理后的廢水色度去除率95%～97%。

參考文獻

[1]朱永輝，裴浩言，邱俊.鐵碳微電解/H2O2混凝法處理焦化廢水的實驗研究[J].水處理技術，2010，36（8）：117-120.

[2]焦永俊.活性炭、石灰乳和鐵屑處理電鍍鋅廢水的探討[J].淮南職業技術學院學報，2007，4（7）：96-98.

[3]王靜，馮玉杰.電催化電極與電化學水處理技術的研究應用進展[J].黑龍江大學自然科學學報，2004，21（1）：126-131.

[4]張宇峰，騰潔，張雪英，等.印染廢水處理技術的研究進展[J].工業水處理，2003，23（4）：23-27.

[5]蘇建文，時永輝，許尚營，等.pH過程控制對鐵炭微電解-Fenton影響中試研究[J].環境工程，2013，31：131-134.