鐵碳微電解法處理高COD廢水的實驗研究

常曉亮， 蘇賽賽， 李 軻， 李 堯

(1.深圳市富鑫源環保技術有限公司，廣東 深圳 518000；2.太原工業學院，山西 太原 030008)

引 言

高COD廢水具有濃度高、難降解、組分復雜等特點，若直接排入水體，會產生重大危害[1-3]。目前對于高COD廢水的處理研究并不多，鐵碳微電解法是利用鐵碳間的電位差形成電池電解水中污染物，提高了廢水的可生化性[4-7]。由于高COD廢水難降解，處理過程中影響其處理效果的因素復雜，因此本文針對印染廢水中高濃度的COD進行實驗研究，探討了碳微電解法對高濃度COD的降解效果。

1 材料與方法

1.1 實驗水樣

采用一定濃度的鄰苯二甲酸氫鉀溶液配制模擬印染廢水。

1.2 實驗材料

鑄鐵屑，直徑為0.050 mm～0.092 mm；粉末狀活性炭，直徑為1.5 mm。由于活性炭具有很強的吸附能力，實驗前將活性炭在蒸餾水中浸泡2 h，使其達到吸附飽和的效果，排除吸附對微電解實驗的影響。

1.3 分析方法

COD濃度采用GB11914-89快速消解分光光度法進行測定，結果以COD去除率表征，COD的去除效率w計算如式(1)。

(1)

式中：COD0為蒸餾水的COD值；CODi為處理后水樣的COD值。

2 結果及討論

2.1 pH值對COD去除率的影響

為了探究微電解反應初始pH值對處理效果的影響，控制初始溶液的pH值分別為1.322、1.877、2.102、2.784、4.192、5.603、6.849、10.612、11.566，進行鐵碳微電解實驗，測定COD值，并計算去除效率，結果如圖1所示。

圖1 pH值對去除率的影響

由圖1可看出，隨著初始pH值的增加COD去除率呈先升后降的趨勢。這是由于，當酸性過于弱時，氫離子投入反應的數目不夠，生成Fe2+的效率不高。隨著酸性的增強，鐵碳原電池電位差越大，越容易促進電極反應，在電極上產生的氧化還原、電沉積、吸附等作用能充分實行，鐵更容易以離子的形態存在。Fe2+的持續生成能有效克服陽極的極化作用，促成鐵的電化學腐蝕。可是酸性過強時，廢水中的Fe2+濃度很高，破壞了以Fe2+為膠凝核心的絮凝體的產生，影響了微電解法處理COD的效率。實驗結果表明，當pH值為5.6時，COD去除率最高，為93.453%。

2.2 溶液初始質量濃度對COD去除率的影響

改變溶液初始質量濃度(500 mg/L～9 000 mg/L)，進行鐵碳微電解法降解COD的實驗研究，實驗結果如圖2所示。

圖2 溶液初始質量濃度與COD去除率的關系

由圖2可知，隨著溶液初始質量濃度的提高，COD的去除率逐漸增大，但當質量濃度為6 000 mg/L時，COD去除率達到93.42%，之后，溶液初始質量濃度增大，COD去除率增大趨勢不明顯。因此，當水樣初始質量濃度為6 000 mg/L時，COD的去除效果較好。

2.3 鐵碳比對COD去除效果的影響

控制鐵碳比分別為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4，進行COD降解實驗，實驗結果如圖3所示。

圖3 鐵碳比與COD去除率的關系

由圖3可知，微電解反應過程中鐵質量對處理結果有較大的影響。分析原因認為，鐵粉和活性炭在電解質溶液中形成大量的微型原電池，微電解反應的效率受這些原電池數量的影響。當活性炭量相對少時，過多的鐵粉與氫離子直接反應生成氫氣和Fe2+，但生成的還原性[H]較少，這才導致去除率下降；但活性炭過量，其會抑制原電池的反應，過剩的活性炭用于吸附和催化，所以鐵粉與活性炭的接觸面積縮小。因此電極反應速率下降，從而導致去除率也下降。綜合考慮認為鐵碳質量比為1∶1時，COD的處理效果較好。

2.4 反應時間對COD去除效果的影響

控制反應時間為30、45、50、60、75、90、105、120、150 min，進行鐵碳微電解降解COD實驗，實驗結果如圖4所示。

圖4 反應時間與COD去除率的關系

由圖4可知，隨著反應時間的增加氧化還原作用逐漸加強。當反應時間短時，電極反應不充分，COD去除效率低。隨著反應的持續進行，COD去除效率逐步增長并趨于穩定。主要因為，鐵不斷溶解，原電池數量得到擴充，溶液中形成的還原性[H]、Fe2+、Fe3+量增多，使有機物的去除量增多，從而使絮凝的效果增加。但經過一段時間以后，反應達到平衡，并且消耗的鐵也隨之增加，溶出大量的Fe2+，Fe2+被氧化成Fe3+。因此，反應時間在50 min時，COD去除效率較高，達93.25%。

3 結論

鐵碳微電解法處理高濃度COD廢水在反應時間50 min，鐵碳質量比1∶1，原水的質量濃度6 000 mg/L，pH值為5.6時，COD去除率效果較好，COD最高去除率可達93.42%。

微電解法是一種有效的預處理廢水的方法，簡便可行。實際工程中可以用廢棄的鐵屑代替實驗中所用的鐵粉，生產中廢棄的黑炭粉末可代替活性炭粉，可以廢物利用，節約了處理成本。