铁碳微电解法在实际处理染料废水中的应用

马丹丹，李立春，王玉洁，张晶（天津市联合环保工程设计有限公司，天津300191）

铁碳微电解法在实际处理染料废水中的应用

马丹丹，李立春，王玉洁，张晶
（天津市联合环保工程设计有限公司，天津300191）

采用铁碳微电解法处理某实际染料废水，考察废水初始pH值、固液比、铁碳比和反应时间对废水处理效果的影响。结果表明，当初始pH值为2，铁投加量为11g/L，铁碳比为1:1，反应时间60min时，出水水质最好，废水脱色率为73%，平均COD去除率达到44%。通过铁碳微电解对染料废水进行预处理，不仅提高废水的可生化性降低后续工艺的处理负担，还可以废治废，是预处理高浓度燃料废水的有效方法之一。

铁碳微电解；染料废水；废水处理

染料生产过程中会消耗大量的工业用水，其中12%会以废水的形式排放。废水水质因产品工艺、种类等的不同而有较大差异。其可生化性差，具有毒性，盐度与色度较高[1]，且水质变化快[2]。近年来由于染料废水水量持续增长，其对环境的危害与日俱增，进而环保部门对废水排放的监察力度加大，有的工厂和某些产品面临停产。

铁碳微电解法是在酸性条件下，利用铁屑和活性炭间的电势差与金属腐蚀原理，形成无数微原电池对废水进行电化学处理的工艺。反应中铁屑为阳极，碳粒为阴极，溶出的二价铁离子有混凝作用，吸附带有微弱负电荷的悬浮物和胶体，最终沉淀去除。此方法将废弃铁屑加以利用，实现以废治废，在实际运行中操作方便、费用低，出水水质也较好，为后续处理工艺提供良好条件[3]。

采用铁碳微电解法处理某工厂染料生产废水。反应器由三个电解柱串联构成，可增大处理水量，便于后续水质检测。考察初始pH值、固液比、铁碳比和反应时间对COD去除率及脱色率的影响，为其在废水治理工艺中的实际应用提供技术参考。

1材料与方法

1.1试验材料

试验用水由天津某染料厂提供，废水颜色较深，没有明显气味，COD浓度与盐度均较高。其水质见表1。

表1 废水水质

铁碳微电解调料目前已产业化，产品孔隙率大且质轻。本试验为考察铁碳比的影响，选用车间废铁屑与活性炭按比例配置。废铁屑收集皂洗除油后用10%的NaOH浸泡起到活化的作用，使用前用清水冲洗去除杂质。本试验主要考察电解对有机物去除的效果，要避免活性炭对污染物的吸附作用，因此活性炭浸泡在试验废水中储存，使其处于吸附饱和的状态。

1.2试验设备

反应器由三个铁碳微电解柱串联构成以提高反应器的有效容积。鼓气泵从柱体底部对其进行间歇式曝气，以缓解铁板板结、增强传质条件。通过蠕动泵的作用使废水在三个柱内循环。装置示意图见图1。

图1 试验装置示意图

1.3试验项目检测方法

pH值：玻璃电极法；色度：稀释倍数法；COD：重铬酸钾标准法。

1.4试验方法

原水用氢氧化钠溶液调pH值备用，根据具体试验条件加入适量废水。按一定的铁投加量称取适量铁屑与碳粒，再按设计的固液比加入到电解柱内。打开曝气泵从底部对微电解柱进行间歇式曝气，以达到缓解铁碳板结的作用。为使废水在三个电解柱内混合均匀，每20min开通磁力泵运行2min。采用单因素法考察进水pH值、固液比、铁碳比和反应时间对COD去除率及脱色率的影响。反应器出水用NaOH调节pH值到9～10，再经0.45μm膜过滤后进行相关检测。

2结果与讨论

2.1初始pH值对处理效果的影响

为考察初始pH值对运行效果的作用，固定铁碳比为1:1、铁投加量为10g/L、反应时间1h，选取不同初始pH值（1、2、3、4）进行试验。处理结果见图2。

图2 初始pH值对处理效果的影响

由图2可以看出，进水的初始pH值对出水水质影响较大。经过60min的电解作用后，在pH值取1时处理效果最好，脱色率达到70%，COD去除率达到了37%。出水的COD去除率及脱色率随进水初始pH的增加而快速降低。这是因为进水pH越高，氧的电极电位随之提高，铁屑与碳之间的电极差相应也越大，对有机物的降解作用越好。铁碳微电解反应会生成大量的H+、Fe2 +。溶液中的高分子有机物与H+发生氧化还原反应，大分子链分解为小分子链，提高了其可生化性，利于后续生化处理工艺的运行。生成的Fe2 +是一种高效絮凝剂，与废水中的胶体及悬浮物发生吸附、凝聚及共沉淀作用，从而降低废水的浊度与色度。

适宜的酸度有利于反应的运行，但过低的pH值不仅会增加运行成本，在后续回调pH值时也会增大投药量，并且会增大容铁量，铁屑腐蚀严重，铁碳电势差降低。溶液中过多的Fe2+不仅会增大废水的色度还会和H+反应,破坏絮凝体,影响沉淀作用使处理效果变差[4]。因此,进水pH值应调整到偏酸性,取4～6为宜,实际应用中也需根据废水水质而定。

2.2固液比对处理效果的影响

按pH值为2，铁碳比1.5:1，反应时间60 min，考察在不同铁投加量（9,10,11,12,13g/L）条件下出水水质，结果如图3所示。

固液比决定了电解柱的有效容积，进而影响处理工艺的效率，所以选择合适的固液比不仅影响处理效果还关系到运行成本。试验表明，随着铁投加量的增加，COD去除率与脱色率逐渐提高，水质最好时COD去除率为45%，脱色率为73%，此时铁投加量为11g/L。继续增加铁投加量处理效果反而逐渐降低，脱色率相对稳定。这是因为铁投加量越多,体系内微原电池的数量也相应增多,电解作用增强，污染物降解效果提高。但当体系中铁含量超过一定值后,会影响原电池的腐蚀效果,致使出水水质较差。综合考虑经济因素与铁碳板结等因素，废铁屑投加量取11.0 g/L为宜。

2.3铁碳比对处理效果的影响

按初始pH值为2，铁投加量为11g/L，反应时间1h，考察不同铁碳比（2:1，1.5:1，1:1,1:1.5，1:2）对废水处理效果的影响，结果如图4所示。

图3 铁投加量对处理效果的影响

图4 铁碳比对处理效果的影响

由图4可知，随着铁屑与碳粒的质量比增加，COD去除率及脱色率先缓慢升高后逐渐降低，当比值为1∶1时废水处理效果最好。在其它条件相同的情况下，反应1 h后，出水COD去除率为48%，脱色率为76%。这是因为在铁碳总质量一定的条件下，增加铁碳比使水体中铁含量增加，进而增大了体系中原电池数量。适量的活性炭与铁屑之间形成无数的原电池，对废水中的有机物降解处理。活性炭能使填料保持一定的孔隙率，为体系提高良好的水利条件并防止铁屑结块。但当铁碳比过大时，活性炭数量过少，废水中铁屑与碳粒间形成的原电池数量减少，富余的铁粉与氢离子直接反应产生氢气和Fe2+，新生态［H］浓度降低，有机物降解作用降低，水处理效果变差，并且较高的铁碳比会增大运行成本。

2.4反应时间对处理效果的影响

调节废水pH值到2，控制铁投加量为11g/L,铁碳比为1:1，对比不同反应时间下（20,40,60,80, 100min）对废水处理效果，试验结果如图5所示。

图5 反应时间对处理效果的影响

由于各类废水所含污染物种类、浓度不同，其对应的最佳反应时间也有差异。电解时间越长反应进行的越充分，出水水质也相应越好。但过长的反应时间不仅会降低处理效率，还会溶出大量的Fe2+，并氧化成Fe3+，三价铁离子呈棕黄色，会增加水体色度[5]。

由图4可知，随着电解时间的延长，COD去除率先快速升高后逐渐降低，废水脱色率呈快速升高后逐渐稳定的特点。在反应进行到60min时，COD去除率达到44%，继续延长反应时间，COD去除率开始下降，脱色率基本稳定。刚开始运行时，随着反应时间的延长，铁的溶解量，微型原电池的数量增加，溶液中产生的［H］、Fe2+、Fe3+量增加，对各类污染物的降解、吸附及絮凝作用增强[6]。继续延长反应时间处理效果下降，这是由于电附集作用使得电极上被有机物包裹，并且铁电极由于氧化环境，极易结块，出现沟流等现象，大大影响处理效果。将反应控制在1h内不仅可以处理更多量的废水以提高运行效率还可以节省运行成本。综上考虑，建议企业在运行水处理设施时根据水质特点选择最佳反应时间。

3结论

（1）采用铁碳微电解法处理印染废水中的污染物质可获得较好的预处理结果，表明其具有实用性。该化工厂的染料废水经三个电解柱循环处理后，废水脱色率为73%；平均COD值由起初的34000 mg/L降到为1800 mg/L，去除率达到44%。

（2）铁碳微电解法在处理此染料废水时的最佳的运行条件为：进水初始pH值为2，铁投加量为11g/ L，铁碳比为1:1，运行时间60min。

（3）采用微电解法预处理染料废水经济可靠,投资和运行费用低，具有以废治废,节约成本的特点，是值得推广的染料废水前处理方法。

（4）采用铁碳微电解法处理废水需要预先调节pH值，会消耗大量药剂，在实际应用中应结合本厂自身特点，尽量通过废弃物再利用的方式减少投药量以降低成本与污染。

［1］O. J. Hao, H. Jimand P. C. Chiang. Decolorization ofwastewater［J］. Critical Reviewin Environmental Science and Technology 2000,30（4）：449- 505.

［2］周崟，李平，吴锦华，等．活性艳蓝KN - R染料废水的电解氧化及其毒性消减[J]．化工环保，2009，29（1）：10-13．

［3］单明军,闵玉国,沈雪,等.微电解法进行焦化废水脱氮的研究[ J] .燃料与化工, 2007, 38(1):38 -41.

［4］SchererM M, Balko B A and Tratnyek P G.The role of oxides in reduction reactions at the metal-water interface [J] .Environmental Science &Technology , 1998 , 32(1):301-302.

［5］王喜全，胡筱敏，沈雪，等．铁碳微电解法处理染料废水［J］．环保科技，2008,14（4）：27-29.

［6］Garda JC，Oiiveira JL，Siiva A E C，et al．Comparative study of the degradation of real textile effluents by photocatalytic reactionsin⁃volving UV/TiO2/H2O2and UV/Fe2 +/H2O2systems[J]. J.Hazardous Materials,2007，147（1-2）：105 -110．

Study on the treatment of dyeing wastewater by Internal Electrolysis

MA Dan-dan,LI Li-chun,WANG Yu-jie,ZHANG Jing
(Tianjin United Environmental Engineering Design Co. Ltd, Tianjin 300191, China)

The wastewater from dye production process was treated by ferric-carbon internal electrolysis. The factors affectingthe removal of color and COD from the wastewater were investigated，such as original pH,ratio of solid to liquid，ratio of Fe to C and reaction time. Research on the most influence factors showed that when the original pH was 2,the amount of iron was 11g/L，the volume ratio of iron to carbon was 1∶1 and the reaction time was 60min，the process can get an excellent removal rate in the experience. After 30 hours treatment，the decolorizingrate was 73%，and the removal rate of COD was 44%. Considering treatment effectiveness and economical cost，ferric-carbon internal electrolysis technology could be effective and feasible .

ferric-carbon internal electrolysis；dye-wastewater；wastewater treatment

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.02.010

X788

A

1008-1267（2016）02-0032-04

2015-11-20

马丹丹(1988-),助理工程师,硕士,主要从事污水处理研究。