摘要：實(shí)驗(yàn)采用曝氣循環(huán)微電解工藝預(yù)處理印染廢水。結(jié)果表明：在曝氣量為1.0 m3/h、循環(huán)時(shí)間6 h、進(jìn)水pH值為3,V(Fe)∶V(C)為1∶1、反應(yīng)溫度為55℃、循環(huán)流速1 L/min的最佳條件下，印染廢水的色度及COD去除率分別達(dá)到95.0%和68.0%。該工藝對(duì)印染廢水具有較好的去除效果，是一種廉價(jià)、簡(jiǎn)便的預(yù)處理方法。
　　關(guān)鍵詞：循環(huán)微電解；預(yù)處理；印染廢水；曝氣作用
　　中圖分類號(hào):X7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-4829（2010）S2-0028-03
　　印染廢水具有水量大、有機(jī)污染物含量高、色度深、堿性高、水質(zhì)變化大等特點(diǎn)，此外由于染料分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、變化多樣，因此其生化性差、不易脫色，屬難處理的工業(yè)廢水。目前印染廢水的處理方法有氧化法、吸附法、反滲透法、電解法、絮凝沉淀法、混凝-生化法等[1-3]。其中鐵碳微電解法因其工藝簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，已越來越多地用于印染廢水的預(yù)處理。微電解的基本原理是利用鐵屑和活性炭，形成無(wú)數(shù)微小的原電池，其中Fe為陽(yáng)極，C為陰極，在電極反應(yīng)中得到具有較強(qiáng)活性的新生態(tài)[H]，與有機(jī)物發(fā)生氧化還原作用[4－5]。
　　在微電解工藝中進(jìn)行曝氣處理，則可以提高廢水中氧含量，增加電子受體的數(shù)量，擴(kuò)大電極反應(yīng)的電勢(shì)差，提高氧化還原電位，從而強(qiáng)化微電解的作用。此外曝氣可以加快廢水和鐵碳接觸面的更新，加速鐵的溶出，促進(jìn)鐵碳表面物質(zhì)的去除，提高微電解反應(yīng)速度，同時(shí)促進(jìn)微電解產(chǎn)物氧化從而有利于提高絮凝作用[6-7]。
　　1·實(shí)驗(yàn)部分
　　1.1實(shí)驗(yàn)材料
　　實(shí)驗(yàn)中所用印染廢水取自青島鳳凰印染有限公司，外觀為深藍(lán)色，實(shí)際排放水溫約為50℃，色度為1 600倍，ρ（COD）為2 210 mg/L。鐵屑為工業(yè)廢棄刨鐵花，平均粒徑在8～10 mm之間。鐵屑使用前先用NaOH溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%)浸泡洗去表面油污，然后沖洗干凈，放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的HCl溶液浸泡至有大量氣泡產(chǎn)生以去除表面氧化物?；钚蕴繛榘魻铑w粒，長(zhǎng)度在10 mm左右。
　　1.2實(shí)驗(yàn)裝置
　　實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見圖1，在Φ200 mm×500 mm圓柱形有機(jī)玻璃反應(yīng)器中，填入一定體積比的廢鐵屑與活性炭作為微電解床，微電解床的有效高度約為400 mm。印染廢水通過水泵由反應(yīng)器底部逆流與微電解反應(yīng)床接觸，再由頂部出口回流至恒溫水浴池，以保證反應(yīng)過程中溫度保持一致。在反應(yīng)器下方放置曝氣頭，調(diào)節(jié)曝氣量。 　　1.3分析方法
　　COD的測(cè)定采用重鉻酸鉀法；色度測(cè)定采用稀釋倍數(shù)法；pH值由pHS-3C精密酸度計(jì)測(cè)定。
　　2·結(jié)果與討論
　　2.1曝氣對(duì)降解效果的影響
　　在進(jìn)水pH值為7，V(Fe)∶V(C)為1∶1，循環(huán)時(shí)間4 h，循環(huán)流速5 L/min，反應(yīng)溫度為50℃時(shí)，調(diào)節(jié)曝氣量分別為0，0.5，1.0和2.0 m3/h，考察曝氣量對(duì)處理效果的影響，其結(jié)果見表1。 　　由表1可以看出，曝氣大大提高了循環(huán)微電解工藝處理印染廢水的效果。未進(jìn)行曝氣處理時(shí)，廢水色度和COD的去除率僅有58.2%和33.8%，當(dāng)向反應(yīng)器中曝氣達(dá)1.0 m3/h時(shí)，色度和COD的去除率分別上升到70.7%和40.1%，這說明對(duì)循環(huán)微電解工藝起到了明顯的強(qiáng)化作用。然而，進(jìn)一步增大曝氣量則對(duì)去除效果影響不大，這可能是由于大量的氣泡影響了廢水與鐵炭的接觸，此外過度的攪拌作用也影響了Fe(OH)3和Fe(OH)2絮凝體的形成。因此，綜合考慮去除效果和曝氣過程中的動(dòng)力消耗，確定反應(yīng)中最佳的曝氣量為1.0 m3/h。
　　2.2循環(huán)時(shí)間對(duì)降解效果的影響
　　在進(jìn)水pH值為7，V(Fe)∶V(C)為1∶1，曝氣量為1.0 m3/h，循環(huán)流速5 L/min，反應(yīng)溫度為50℃時(shí)，調(diào)節(jié)廢水在反應(yīng)器中的循環(huán)時(shí)間分別為0.5，1，2，4，5，6，7和8 h，考察循環(huán)時(shí)間對(duì)處理效果的影響，其結(jié)果見圖2。 　　由圖2可以看出，染料廢水色度和COD的去除主要發(fā)生在反應(yīng)前6 h，在此階段色度和COD的去除率分別達(dá)到80%和52.4%。繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，兩者幾乎不再變化。這是由于隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，活性炭的吸附已經(jīng)達(dá)到了飽和。同時(shí)曝氣作用也加劇了鐵屑表面的腐蝕，長(zhǎng)時(shí)間的曝氣微電解反應(yīng)造成鐵屑氧化、板結(jié)，不但無(wú)法繼續(xù)形成原電池反應(yīng)，廢水中溶出Fe2+和Fe3+的量也相應(yīng)減少。因此實(shí)驗(yàn)中確定最佳循環(huán)時(shí)間為6 h。
　　2.3 pH值對(duì)降解效果的影響
　　在V(Fe)∶V(C)為1∶1，曝氣量為1.0 m3/h，循環(huán)時(shí)間為6 h，循環(huán)流速5 L/min，反應(yīng)溫度為50℃時(shí)，調(diào)節(jié)進(jìn)水pH值分別為1，3，5，7，9，11和13，考察pH值對(duì)處理效果的影響，其結(jié)果見圖3。 　　由圖3可以看出，pH值是影響處理效果的重要因素之一。但是各種印染廢水降解情況和pH值之間的關(guān)系并不完全一致，這說明染料分子結(jié)構(gòu)的不同，其受pH值的影響也是不一樣的[8]。在本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)pH值為3時(shí)，印染廢水中色度和COD的去除率達(dá)到最高，而隨著pH值的進(jìn)一步升高，二者均呈下降的趨勢(shì)。這是由于在偏酸性的條件下微電解床發(fā)生以下反應(yīng)：O2+4H++4e-→2H2O，E0(O2)=1.23 V，在中性或堿性條件下發(fā)生反應(yīng)為O2+2H2O+4e-→4OH-，E0(O2/OH-)=0.41V，而在廢水降解過程中起到主要作用的為酸性條件下的反應(yīng)。
　　2.4鐵炭體積比對(duì)降解效果的影響
　　在進(jìn)水pH值為3，曝氣量為1.0 m3/h，循環(huán)時(shí)間為6 h，循環(huán)流速5 L/min，反應(yīng)溫度為50℃時(shí)，調(diào)節(jié)V(Fe)∶V(C)為3∶1，2∶1，1∶1，1∶2，1∶3，考察鐵炭體積比對(duì)處理效果的影響，其結(jié)果見圖4。 　　由圖4可以看出，鐵屑與活性炭的體積比對(duì)印染廢水的降解有較大的影響。在微電解床中添加活性炭顆粒，不僅可以加劇電化學(xué)反應(yīng)，還能在一定程度上防止鐵屑板結(jié)，因此隨著活性炭體積的增加，處理效果逐漸提高，在鐵炭體積比為1∶1時(shí)，色度和COD的去除率分別達(dá)到92%和61.6%。當(dāng)活性炭添加過量則會(huì)抑制去除效果，雖然活性炭較高的比表面積可以有效吸附脫除污染物，然而鐵屑量的相對(duì)降低阻礙了微電解反應(yīng)的進(jìn)行。因此，實(shí)驗(yàn)中確定最佳鐵炭體積比為1∶1。
　　2.5反應(yīng)溫度對(duì)降解效果的影響
　　在進(jìn)水pH值為3，V(Fe)∶V(C)為1∶1，曝氣量為1.0 m3/h，循環(huán)時(shí)間為6 h，循環(huán)流速5 L/min時(shí)，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度分別為40，45，50，55和60℃，考察反應(yīng)溫度對(duì)處理效果的影響，其結(jié)果見圖5。 　　由圖5可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，廢水的去除效率也逐漸提高。當(dāng)溫度由40℃上升到60℃的過程中，色度和COD的去除率從85.0%和52.2%提高到95.0%和65.8%，這是因?yàn)闇囟壬叽龠M(jìn)了傳質(zhì)速率和電化學(xué)反應(yīng)速度，有利于降解反應(yīng)的進(jìn)行。然而考慮到實(shí)際廢水排放水溫在50℃左右，提供過高的溫度需要外部加熱，而在55℃時(shí)的去除效果與60℃時(shí)相差不多，因此確定最佳反應(yīng)溫度為55℃。
　　2.6循環(huán)流量對(duì)降解效果的影響
　　在進(jìn)水pH值為3，V(Fe)∶V(C)為1∶1，曝氣量為1.0 m3/h，循環(huán)時(shí)間為6 h，反應(yīng)溫度為55℃，調(diào)節(jié)廢水循環(huán)流速分別為1，3，5，7和9 L/min，考察循環(huán)流速對(duì)處理效果的影響，其結(jié)果見表2。 　　由表2可以看出，廢水色度和COD的去除率隨著循環(huán)流量的提高而下降。其原因是循環(huán)量提高，印染廢水在微電解床中的停留時(shí)間相對(duì)減少，造成廢水無(wú)法與鐵屑和活性炭完全接觸。此外，提高循環(huán)流速還需要更多的動(dòng)力消耗。因此，綜合考慮確定最佳循環(huán)流速為1 L/min。
　　3·結(jié)論
　　采用曝氣循環(huán)微電解法對(duì)印染廢水預(yù)處理，取得了令人滿意的效果。在曝氣量為1.0 m3/h，循環(huán)時(shí)間6 h，進(jìn)水pH值為3，V(Fe)∶V(C)為1∶1，反應(yīng)溫度為55℃，循環(huán)流速1 L/min的最佳條件下，廢水中色度及COD去除率分別達(dá)到95.0%和68.0%。該工藝是一種廉價(jià)、簡(jiǎn)便的預(yù)處理方法，本研究對(duì)該工藝的進(jìn)一步實(shí)際應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)作用。
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