卷煙廠的焦油廢水中，主要污染物是懸浮物和有機物質(zhì)。廢水中的固體懸浮物主要是煙葉、煙絲碎料等加工卷煙時的殘余物。另外，廢水中還存在著許多膠體性的污染物，如尼古丁(煙堿)、煙焦油(煙油)和十余種亞硝胺類物質(zhì)等。此類廢水具有色度高，CODCr值高，可生化差，難降解等特點，如果不經(jīng)處理直接排放，會給環(huán)境帶來嚴重的危害。焦油廢水處理主要有物化處理、生化處理以及多種處理工藝結(jié)合處理等方法。微電解作為一種新型的水處理技術，逐漸引起國內(nèi)外的重視，已有的研究表明微電解方法對降低廢水COD、色度以及毒性有良好的效果。本研究采用鐵炭微電解方法處理卷煙廠焦油廢水，考察了不同因素對處理效果的影響，為該類廢水的達標排放提供一條嶄新的途徑。

1 實驗方法

將焦油廢水水樣稀釋約1300倍，此時，水樣的CODCr在重鉻酸鉀法(GB11914-89)測定檢出限范圍內(nèi)。用量筒量取50mL稀釋好的廢水樣倒入100mL的寬口錐形瓶中，加入適量NaCl，一定比例的Fe和C，用HCl調(diào)節(jié)水樣的pH值，然后用攪拌器攪拌反應一定的時間;(通過前期的一系列準備實驗估定大致的實驗條件:加入的Fe質(zhì)量濃度量固定在20g/L，NaCl在200mg/L左右，pH值在3左右，攪拌反應時間定為30min)，反應后，用NaOH調(diào)節(jié)水樣的pH到10左右，此時水溶液中出現(xiàn)墨綠色絮狀物，用真空泵抽濾;測定處理后水樣CODCr值，計算去除率。

2 結(jié)果分析

2.1鐵炭比對CODCr去除率的影響

控制其他反應條件不變，氯化鈉投加量為200mg/L，pH值為3，攪拌時間為30min，將鐵的投加量固定為20g/L，在不同的鐵炭比(Fe∶C=5∶1、4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5)條件下進行反應。測定各水樣CODCr值，計算CODCr的去除率，結(jié)果見表1。

由實驗結(jié)果可知在Fe的用量不變時，隨著Fe∶C比值的降低，CODCr的去除率大體不斷上升，當Fe∶C=1∶3時，去除效果最佳。造成這種現(xiàn)象的原因可能為當水樣中Fe的含量固定時，在一定的范圍加入C，可以增加微電解體系中的原電池的數(shù)量，因此可以提高對有機物的去除率;但當體系中C的含量過多時，C在反應中可能會更多地起吸附作用，吸附作用去除CODCr的量可能比微電解反應去除CODCr的量少，因此抑制了原電池的電極上的化學反應，導致廢水的COD的去除效率在總體上降低;活性C顆粒是一種多孔性的材料，混入Fe中后，不僅能與Fe形成原電池、吸附水中的污染物，還可以使Fe之間保持一定的距離，一定的間隔能夠促進原電池反應。但是，如果加入的C的數(shù)量太多，F(xiàn)e之間的間距太大，反而阻隔了微電解系統(tǒng)的形成，影響處理效果。

2.2pH值對CODCr去除率的影響

控制其他反應條件不變，鐵炭質(zhì)量比為1∶3，氯化鈉投加量為200mg/L，攪拌時間為30min，在不同的pH值(1、2、3、4、5)下進行反應。測定各水樣的CODCr值，計算CODCr去除率，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，當pH為2時CODCr的去除率最高，故最佳pH為2。其可能的原因是在pH值較小時，反應體系處于酸性環(huán)境中，水樣里有許多H+促進系統(tǒng)中的反應。同時，H+在酸性的條件下得到兩個e，形成在反應中很活躍的新生態(tài)[H]，[H]可以和焦油水樣中的一些有機污染物質(zhì)反應，從而對有機物質(zhì)的基團結(jié)構(gòu)造成破壞甚至使之斷鏈，使有機物的性質(zhì)發(fā)生改變，導致CODCr去除率較高;pH值較小時，F(xiàn)e和C之間的電位差會增大，從而加快電極發(fā)生反應的速率，改善反應的去除效果;微電解體系在pH偏小的環(huán)境中比較容易較生成Fe2+，促進Fe2+的氧化作用，改善處理效果;其次鐵炭微電解體系在pH值較小的系統(tǒng)里，對鐵電解有利。

但是，如果pH太低，不僅會加快Fe的腐蝕速度，F(xiàn)e的耗費量增大，而且在調(diào)節(jié)pH值時要用大量的酸，HCl的損耗也大，所以酸性過低并不好。同時，如果廢水里含有太多的酸，就會不利于氫氧化亞鐵的形成，氫氧化亞鐵的絮凝作用會被削弱，不利于后續(xù)的混凝沉降。

2.3氯化鈉投加量對CODCr去除率的影響

控制其他反應條件不變，鐵炭質(zhì)量比為1∶3，pH值為2，攪拌時間為30min，在不同的氯化鈉投加量(100、200、300、400、500mg/L)下進行反應。測定各水樣CODCr值，計算CODCr的去除率，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，當氯化鈉投加量為200mg/L時，CODCr的去除率最高，但與最低的去除率差別不大。氯化鈉在鐵炭微電解的反應體系中主要起著輔助作用，氯化鈉可以增加反應體系中的電解質(zhì)，改善溶液的導電性，促進原電池的形成。

2.4攪拌反應時間對CODCr去除率的影響

控制其他反應條件不變，鐵炭質(zhì)量比為1∶3，pH值為2，氯化鈉投加量為200mg/L，在不同的攪拌反應時間(10、20、30、45、60、75、90、120min)下進行反應。測定各水樣CODCr值，計算CODCr去除率，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨攪拌時間的增加，CODCr的去除率逐漸最高，當45min時達到最大值。隨著攪拌反應時間的延長，F(xiàn)e和水樣有足夠的時間充分接觸，水樣中的各種反應也可以充分地進行，F(xiàn)e和C都能很好地發(fā)揮各自的作用，有利于去除水樣中的有機物。但是，如果攪拌反應時間太長，水樣中發(fā)生的各種反應都有一定的平衡系數(shù)，并不可以無限地發(fā)展下去。所以，在系統(tǒng)進行了一定時間的反應以后，CODCr的去除率幾乎不再變化，趨于平穩(wěn)。另外，攪拌反應時間過長不僅降低了處理的效率，還會增加Fe的消耗，使處理的費用上升，也不利于在實際工程中應用。

2.5正交試驗設計

正交試驗設計法利用正交表，科學地挑選有代表性的試驗條件，合理安排實驗進程，是一種對多因素實驗進行分析的科學、有效的方法。正交試驗設計法可以在減少試驗次數(shù)的情況下保證試驗的可行。鐵炭微電解處理農(nóng)藥中間體廢水正交試驗設計及數(shù)據(jù)見表2。

 

 

 

正交試驗結(jié)果分析:

(1)根據(jù)上表可知:在這個正交試驗中，四個影響因素的各個水平的3個值中，的值均為最大。數(shù)據(jù)說明，鐵炭微電解法處理卷煙廠的焦油廢水的最佳條件組合是:Fe∶C為1∶3;NaCl的投加量為200mg/L;pH值為2;攪拌反應時間為45min。根據(jù)理論分析，按照這個反應條件處理卷煙廠的焦油廢水，去除CODCr的效果應該為最佳狀態(tài)。

(2)通過各個因素的方差進行比較:Fe∶C、pH值、NaCl的投加量、攪拌反應時間這幾列的方差分別是5.22%、10.97%、3.54%和1.33%。由此可知:在本試驗中，pH值對實驗處理效果的影響最大，其次是Fe∶C，NaCl，攪拌反應時間的影響最小。

(3)正交試驗設計充分考慮到了影響CODCr去除效果的四個主要因素的作用，綜合并且全面地評估了各個工藝參數(shù)。通過正交實驗設計，可以克服單個因素的不完善，充分發(fā)揮了各個工藝參數(shù)的聯(lián)合作用，使鐵碳微電解法處理卷煙廠的焦油廢水時CODCr去除效率達到最佳狀態(tài)。

由正交試驗的數(shù)據(jù)分析已知:本實驗的最佳條件為Fe∶C=1∶3，NaCl的投加量為200mg/L，pH為2，攪拌反應時間為45min。用該條件處理卷煙廠的焦油廢水，進行三組平行實驗，測定這三個水樣的CODCr值，計算其去除率，從而驗證該條件是否最佳。實驗數(shù)據(jù)見表3。

由表3可知，這三組平行實驗的CODCr去除率的平均值為81.26%，在整個實驗的結(jié)果中最大。因此，由正交實驗設計得出的最佳操作條件，即為鐵碳微電解處理卷煙廠焦油廢水的最佳條件。

3 結(jié)論

通過正交試驗，得到可以使CODCr去除率最高的最佳條件是:鐵炭比為1∶3，pH值為2，氯化鈉投加量為200mg/L，攪拌時間為45min。在該條件下，焦油廢水的CODCr去除率最高，達到81.26%。對于廢水的預處理來說，這樣的去除效果較為良好。

鐵炭微電解處理焦油廢水具有良好的處理效果，難降解的廢水經(jīng)鐵炭微電解工藝處理后CODCr大大降低，有利于后續(xù)生物處理效果的提高。