活性炭 －Fe組成的微電池凈化印染廢水的研究

孫偉華，徐長(zhǎng)城，寧 平

（1.大理白族自治州環(huán)境監(jiān)測(cè)站，云南 大理 671000；2.云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650034；3.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093）

活性炭 －Fe組成的微電池凈化印染廢水的研究

孫偉華1，徐長(zhǎng)城2，寧 平3

（1.大理白族自治州環(huán)境監(jiān)測(cè)站，云南 大理 671000；2.云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650034；3.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093）

主要研究了活性炭 －Fe組成的微電池處理印染廢水的凈化處理技術(shù)。由最佳工藝流程處理后的出水 COD濃度最低為 34.1mg／L（此時(shí) COD凈化效率為98.79%，色度凈化效率為98.62%）。出水水質(zhì)可達(dá)到國(guó)家 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) （GB8978－1996）》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。采用該工藝處理后的出水COD平均凈化效率為96.67%，色度平均凈化效率為96.46%。

微電池；活性炭 －Fe；印染廢水；研究

隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，環(huán)境水污染問題日趨嚴(yán)重。印染廢水是我國(guó)工業(yè)廢水的主要來源之一，而其中的染料廢水更因其濃度高、污染物成分復(fù)雜、可生化降解性較差、色度深、水質(zhì)變化大而成為極難處理的工業(yè)有機(jī)廢水之一。因此，探求有效經(jīng)濟(jì)地處理染料廢水的技術(shù)，正成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。微電池法是近年來新興的一種處理染料廢水的方法。它能有效地去除有機(jī)廢水的色度、COD、BOD5和SS，且無二次污染。

1 反應(yīng)原理

微電池法的基本原理是利用鐵屑中的鐵和炭組分構(gòu)成微小的原電池的陰陽(yáng)極，以充入的廢水為電解質(zhì)溶液，形成微電池。其電極反應(yīng)如下：

在此反應(yīng)中產(chǎn)生的 Fe2＋活性極高，能有效氧化廢水中的有機(jī)污染物，改變其結(jié)構(gòu)形態(tài)，從而有效地降解這些污染物質(zhì)，并大大降低廢水的色度。Fe2＋可與陰極產(chǎn)生的 OH－反應(yīng)生成 Fe（OH）2膠體，由于反應(yīng)體系為開放體系，有 O2存在，所以Fe2＋可以轉(zhuǎn)化成 Fe3＋并生成Fe（OH）3。新生的Fe （OH）2與 Fe（OH）3是吸附能力較高的膠體絮凝劑，而產(chǎn)生的 Fe2＋、Fe3＋還能將廢水中的染料粒子等膠凝在一起，形成以Fe2＋、Fe3＋為膠凝中心的絮凝體，捕集、挾裹和吸附懸浮的膠體共沉［1］。所以用活性炭 －Fe組成的微電解處理染料廢水時(shí)，同時(shí)發(fā)生氧化還原降解、電化學(xué)、電吸附和電絮凝等作用，可有效地去除污染物。

2 實(shí)驗(yàn)方法及工藝流程

2.1 實(shí)驗(yàn)廢水

本研究采用自配廢水，主要用的染料是甲基橙。其COD濃度為3000mg／L左右，pH值約為5。2.2 鐵炭濾料

本次研究選取的活性炭的規(guī)格為40目。

實(shí)驗(yàn)所用鐵粉為還原鐵粉（800目，分析純）。催化劑為 FeSO4和 Fe2（SO4）3（分析純）。2.3 實(shí)驗(yàn)流程、方法及儀器

實(shí)驗(yàn)采用直徑 50mm、管長(zhǎng) 700mm的有機(jī)玻璃柱和萃取用水瓶作為反應(yīng)器。實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，廢水從萃取水瓶自上而下流過反應(yīng)器，其流速的大小由有機(jī)玻璃柱底部膠管處的止水夾控制。為保證反應(yīng)器內(nèi)水壓的穩(wěn)定，特采用萃取水瓶作為進(jìn)水入口，通過保持萃取水瓶出水流速與反應(yīng)器內(nèi)流速相同來保持反應(yīng)器內(nèi)水壓的穩(wěn)定。經(jīng)處理后的出水，由放在下部的燒杯收集，并用于水質(zhì)分析。共有兩套反應(yīng)器。實(shí)驗(yàn)工藝流程如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)條件為：廢水 pH值約為5，活性炭用量為100g，F(xiàn)eSO4和 Fe2（SO4）3用量均為 5g，鐵粉用量為2g。

化學(xué)耗氧量測(cè)定儀：型號(hào) HH－6江蘇電分析儀器廠。

可實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量、計(jì)劃 用電、用電稽查、負(fù)荷狀態(tài)和故障狀態(tài)的數(shù)據(jù)分析處理，工作人員可及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)中的各項(xiàng)異常情況，并且妥善采取解決措施降低危害及風(fēng)險(xiǎn)，為電力用戶提供強(qiáng)有力的保障。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 活性炭 ＋鐵粉體系的凈化性能研究

取相同質(zhì)量的活性炭?jī)煞?。一份直接作為填料，另一份將鐵粉加入其中，混合均勻后填充在反應(yīng)柱內(nèi)。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2～圖4。

由圖 2可見，用活性炭 ＋鐵粉處理廢水時(shí)，出水COD濃度明顯低于用活性炭的處理效果；用活性炭 ＋鐵粉處理廢水時(shí)，出水 COD濃度比用活性炭處理廢水時(shí)平均低 19%左右。用活性炭處理廢水時(shí)，出水 COD濃度最低為224.2mg／L；而用活性炭 ＋鐵粉處理廢水時(shí)，出水 COD濃度最低為170.1mg／L。這說明，活性炭 ＋鐵粉對(duì)廢水中 COD的凈化效果明顯優(yōu)于只用活性炭的處理效果。

由圖 3可見，用活性炭 ＋鐵粉處理廢水對(duì)COD去除率明顯高于使用活性炭的處理效果。而且這種優(yōu)勢(shì)從初次出水時(shí)就表現(xiàn)出來并一直延續(xù)。用活性炭處理廢水時(shí)，對(duì) COD去除率最高可達(dá)92.03%；而用活性炭 ＋鐵粉處理廢水對(duì) COD去除率最高可達(dá) 93.95%。這一情況說明，活性炭 ＋鐵粉對(duì)廢水中 COD濃度的去除效果明顯優(yōu)于用活性炭處理廢水的處理效果。

由圖 4可知，用活性炭及活性炭 ＋鐵粉作填料處理廢水時(shí)，都可顯著地降低廢水的色度。用活性炭處理廢水，對(duì)水中的色度去除率最高可達(dá)91.88%；而用活性炭 ＋鐵粉處理廢水，對(duì)水中的色度去除率最高可達(dá)93.69%。這一情況說明，活性炭 ＋鐵粉對(duì)廢水中色度的凈化效果明顯優(yōu)于用活性炭處理廢水的處理效果，且從初次出水時(shí)就表現(xiàn)出來并一直延續(xù)。

上述實(shí)驗(yàn)說明，在活性炭中添加鐵粉，除了活性炭的吸附作用外還發(fā)生了微電池反應(yīng)，這些物理化學(xué)作用不僅可以提高COD的去除率，還可以提高色度的去除率。

稱取與前述實(shí)驗(yàn)相同質(zhì)量的活性炭，加入與前述實(shí)驗(yàn)相同質(zhì)量的鐵粉，并加入催化劑 FeSO4和Fe2（SO4）3混合均勻后填充在反應(yīng)柱內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5～圖7。

由圖5可見，在活性炭 ＋鐵粉體系中添加催化劑FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，出水 COD濃度比用活性炭和活性炭＋鐵粉體系處理出水COD濃度明顯降低。用活性炭處理時(shí)，出水 COD濃度最低為224.2mg／L；用活性炭 ＋鐵粉處理時(shí)，出水 COD濃度最低為 170.1mg／L；而在添加 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，出水 COD濃度最低為 34.1mg／L。

由圖 6可見，在活性炭 ＋鐵粉體系中添加催化劑 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，對(duì) COD的去除率明顯提高，用活性炭處理時(shí)，COD去除率最高可達(dá)92.03%；用活性炭 ＋鐵粉處理時(shí)，COD去除率最高可達(dá)93.95%；而在添加 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，COD去除率最高可達(dá)98.79%。圖5和圖6的結(jié)果說明在活性炭 ＋鐵粉體系中添加催化劑對(duì)廢水中 COD的凈化效果明顯高于未添加催化劑的凈化效果。

由圖7可見，在活性炭 ＋鐵粉體系中添加催化劑FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，對(duì)色度的去除率明顯提高，用活性炭處理時(shí)，色度去除率最高可達(dá)91.88%；用活性炭 ＋鐵粉處理時(shí)，色度去除率最高可達(dá) 93.69%；而在添加 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，色度去除率最高可達(dá)98.62%，出水呈無色透明。這說明在活性炭＋鐵粉體系中添加催化劑對(duì)廢水中色度的凈化效果明顯高于未添加催化劑的處理效果。

上述實(shí)驗(yàn)說明，在活性炭 ＋鐵粉體系中加入催化劑 FeSO4和 Fe2（SO4）3對(duì)廢水的凈化效果明顯高于未添加催化劑的凈化效果。這是因?yàn)樵诨钚蕴浚F粉體系中加入 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，使得溶液里的離子增多，可增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性能，促進(jìn)微電池反應(yīng)的進(jìn)行，而加入的FeSO4和Fe2（SO4）3還可引起氧化還原反應(yīng)和絮凝反應(yīng)。這說明 FeSO4和 Fe2（SO4）3確實(shí)起到了催化劑的作用。

4 結(jié)論

（1）活性炭 －Fe組成的微電池凈化印染廢水的最佳工藝為活性炭 ＋鐵粉 ＋催化劑。用此工藝處理出水脫色率可達(dá)90%以上，COD去除率在90%以上，出水中 COD濃度最低可在50mg／L以內(nèi)，出水呈無色透明。

（2）由于鐵碳微電池反應(yīng)起主要作用的是腐蝕微電池作用，加入 FeSO4和 Fe2（SO4）3后溶液里的離子增多，使溶液的導(dǎo)電性能增大，容易發(fā)生鐵碳微電池反應(yīng)，增大微電流使腐蝕增加，從而提高了處理效率。FeSO4和 Fe2（SO4）3溶于水中還發(fā)生水解反應(yīng)，可起混凝作用，而且 Fe2＋和 Fe3＋本身又可引起一系列氧化還原反應(yīng)破壞發(fā)色物質(zhì)的發(fā)色結(jié)構(gòu)，使偶氮基斷裂、大分子分解為小分子、硝基化合物還原為胺基化合物，達(dá)到脫色目的；新生的 H＋還能氧化還原降解廢水中多種組分。因此，實(shí)驗(yàn)中添加的 FeSO4和Fe2（SO4）3起到了催化劑的作用。

（3）實(shí)驗(yàn)研究表明，活性炭－Fe組成的微電池凈化處理印染廢水，不僅脫色效果好，而且可提高廢水的可生化性。具有工藝簡(jiǎn)單、處理效果好、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是很有發(fā)展前景的一項(xiàng) “綠色環(huán)?！奔夹g(shù)。

參考文獻(xiàn)：

［1］Feofanov VA，Pilot BV，Zhda－novich L P，et al.Process and appa－ ratus for purifying effluentsand liquors［Z］.US Pat：45252－541985－06－25.

Purification of Printing and Dyeing Wastewater by Micro－Cell Process Composed of Activated Carbon and Fe

SUN Wei-hua1，XU Chang-cheng2，NING Ping3
（1.DaLi Bai Autonmous Prefecture Environmental Monitoring Station，DaLi XiaGuan 671000 China）

The treatment of the printing and dying wastewater by the process of activated carbon and Fe micro－cell is studied.The COD concentration of the treated water outlet could reach the minimum level of 34.1mg／L by the optimum treatment process，when the removal rate of COD and chrome is respectively 98.79%and 98.62%.The outlet water quality meets the Grade I of Comprehensive Wastewater Discharge Standard（GB8978－1996）.In average，the removal rate of COD and chrome of the outlet water is 96.67%and 96.46%.

micro－cell；activated Carbon and Fe；dying and printing wastewater；research

X791

A

1673－9655（2013）03－0068－04

2012－01－17

孫偉華 （1978－），女，碩士，主要從事環(huán)境工程和環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。