電芬頓技術處理印染廢水的研究

劉　薇，周　瑤，康可佳，劉僑博，曾紅云

（1.黑龍江省環(huán)境科學研究院，哈爾濱150056；2.黑龍江省紡織工業(yè)設計院，哈爾濱150001）

電芬頓技術處理印染廢水的研究

劉薇1，周瑤2，康可佳1，劉僑博1，曾紅云1

（1.黑龍江省環(huán)境科學研究院，哈爾濱150056；2.黑龍江省紡織工業(yè)設計院，哈爾濱150001）

為降解印染廢水中的有機物，利用電芬頓技術對印染廢水降解進行了研究.實驗結果表明，電芬頓處理實際工程印染廢水的最佳降解條件為初始pH值3、曝氣量為0.3 L/min、電解電壓為8 V、電流密度為40 mA/cm2、FeSO4濃度為15 mmol/L、電解45 min.

印染廢水；電芬頓；化學需氧量

紡織工業(yè)是我國國民經濟的重要組成部分之一，并占有重要的地位，隨著印染工藝技術的不斷發(fā)展更替，污染物種類也隨之變化，污染物濃度也大幅提高，印染廢水成為較難處理的工藝廢水之一［1-3］.《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》（GB 4287-2012）標準出臺后，對紡織印染企業(yè)的水處理工藝提出了更高的要求，制定了更嚴格的排放標準.對于亟需提標改造達到新排放標準的紡織企業(yè)來說，傳統(tǒng)的生化法工程占地大，初期基建投資較大，原工藝的改擴建工程實施周期長.電芬頓作為新興水處理技術相比傳統(tǒng)的處理方法具有較為明顯的優(yōu)勢，這點在很多文獻中也經過了多次的證實［4-6］.另外，由于·OH具有較強的氧化性，可以無選擇性的對印染廢水中各種有機污染物進行氧化，因此從理論角度分析，電芬頓技術處理染料廢水具有非常強的應用前景［7-9］.

本研究針對某紡織企業(yè)提標改造中的實際情況，選取對電芬頓過程處理效果有關鍵影響作用的三個因素：電解電壓、電解電流、FeSO4濃度，對取樣的印染廢水進行去除率影響實驗，進一步證實電芬頓技術作為深度處理工藝在實際生化處理工藝中應用的可行性.

1　材料與方法

1.1實驗用水

本實驗處理的水樣在某企業(yè)污水排放收集口處采集.該企業(yè)的生產廢水為合成纖維類印染廢水，以滌綸纖維為主，所用染料為偶氮染料、蒽醌染料，兼有分散染料及直接染料，染色中使用的助劑主要是燒堿、表面活性劑及硫酸.使用的主要染料為羅丹明B，主要水質指標及出水水質要求見表1.

表1　實驗用水水質指標

1.2實驗裝置及處理工藝

中試實驗裝置建于某紡織廠，設計規(guī)模為3 000 m3/d，生化段HRT為8 h，設計工藝為“生物接觸氧化+電芬頓深度處理”組合工藝，前段設置了格柵、調節(jié)池和水解酸化池，經生物接觸氧化處理后，二沉池出水進入電芬頓電解槽，進行深度處理.

1.3分析方法

溶液中的COD采用國標方法，《COD測定重鉻酸鹽法》（GB11914-89）.羅丹明B測定554 nm波長下的吸光度值［10］.采用 TOC分析儀測定TOC.

2　結果與討論

2.1電解電壓對印染廢水去除率的影響

從處理成本及實驗效果綜合考慮，在室溫條件下將深度處理段電解槽的初始pH值設定為3，電解時間設定為45 min，電流密度為30 mA/cm2、Fe-SO4為15 mmol/L、曝氣量為0.3 L/min，設定電解電壓分別為2、4、6、8、10、12 V共6個梯度水平.分別從組合工藝的進出水口處取8 L實驗用水，測定COD及TOC值，考察電解電壓對組合工藝出水中COD及TOC去除率的影響，結果如圖1所示.

圖1　不同電解電壓對COD和TOC去除情況

由圖1可知，出水中COD及TOC去除率均隨著電解電壓的增加而增大.TOC的去除率在電解電壓達到8 V時，呈現(xiàn)了增加緩慢的現(xiàn)象.繼續(xù)增加電解電壓，TOC去除率達到最大值20.2%.對于COD去除率而言，當電解電壓增加到8 V時，COD去除率增加也逐漸變緩，直至電解電壓增加到12 V時，COD去除率基本維持在89.6%左右.

電解電壓對于實際印染廢水的影響與先期實驗室羅丹明B降解小試階段的研究結論基本類似，即外加電壓的施加，優(yōu)勢是推動了電芬頓反應過程，并且隨著施加的電壓的增加，有機污染物的去除率不斷提高，但是劣勢是當外加電壓增加到一定值后，出現(xiàn)了大量電能損失.從實際工程應用的角度來說，選取適當?shù)碾娊怆妷涸诠?jié)約能耗的同時還能保證較好的處理效能，因此，基于上述結果，選擇電解電壓8V為最佳處理電解電壓值.

2.2電解電流密度對印染廢水去除率的影響

在室溫條件下將深度處理段電解槽的初始pH值設定為3、FeSO4為15 mmol/L、曝氣量為0.3 L/ min、電解電壓為8 V，電解45 min，設定電流密度為10、20、30、40、50、60 mA/cm2共6個梯度水平.分別從組合工藝的進出水口處取8 L實驗用水，測定COD及TOC值，考察電流密度對組合工藝出水中COD去除率及TOC去除率的影響，結果如圖2所示.

圖2　不同電流密度對COD和TOC去除情況

由圖2可知，實際印染廢水的COD及TOC去除率均隨著電解電流的增加而增大.TOC的去除率在電流密度達到40 mA/cm2時，繼續(xù)增加電流密度值，其增加呈現(xiàn)緩慢的趨勢，最大值在60 mA/ cm2時出現(xiàn)為20.2%.當繼續(xù)增加電流密度，COD去除率最大值在電流密度值為60 mA/cm2時為98.2%.

分析原因為電流密度是驅動電芬頓反應高效進行的關鍵因素之一，適宜的電流密度能夠有效增加H2O2的產生量，從而增加了電芬頓系統(tǒng)中·OH的數(shù)量.另外，在一定條件下，較高的電流密度相當于較高的電解電壓、Fe2+產生量，因此選擇合理的電流密度值可以有效的提高降解體系鏈反應的活躍性.對于較高電流密度，電芬頓系統(tǒng)的處理效率降低的原因是電解槽內發(fā)生競爭性電極反應.陽極的釋放的O2和陰極析出H2在較高的電流密度下發(fā)生反應，抑制了·OH和Fe2+的產生，進而降低了電芬頓反應對有機污染物的去除效率［11］.

2.3FeSO4濃度對印染廢水去除率的影響

在室溫條件下將深度處理段電解槽的初始pH值設定為3、曝氣量為0.3 L/min、電解電壓為8 V、電流密度為40 mA/cm2、電解45 min，設定FeSO4濃度分別為2、5、7、10 mmol/L、15、20 mmol/L共6個梯度水平.分別從組合工藝的進出水口處取8 L實驗用水，測定COD及TOC值，考察不同F(xiàn)eSO4濃度對組合工藝出水中COD去除率及TOC去除率的影響，結果如圖3所示.

圖3　不同F(xiàn)eSO4濃度對COD和TOC去除情況

由圖3可知，實際印染廢水的COD及TOC去除率均隨著Fe2+濃度的增加而增大.在無Fe2+的反應體系中，H2O2的的氧化強度不足以破壞大分子有機物，尤其是印染廢水中染料類難降解的物質.當加入Fe2+后，實際印染廢水的COD和TOC去除率都顯著上升.

選擇合適的Fe2+濃度是決定電芬頓體系效能的前提條件.呈現(xiàn)上述趨勢的原因是隨著Fe2+濃度的增加，影響電芬頓系統(tǒng)的主要氧化劑·OH的數(shù)量也隨之增加，因此獲得較好的處理效果.但是，當Fe2+濃度超過一定范圍時，會消耗大量的· OH，影響反應體系的降解效能.分析可能的原因是在反應體系中，F(xiàn)e2+與·OH存在一種競爭性反應關系，這種反應使得·OH的減少.因此，綜合考慮可以選擇在FeSO4濃度為15 mmol/L為最佳濃度值.

3　結語

通過對實際工程中排放的印染廢水處理效果的分析，確定了電解電壓、電流密度以及Fe2+濃度是影響電芬頓反應裝置的重要外部因素.實驗結果表明，對于電芬頓技術，初始pH值為3、曝氣量為0.3 L/min、電解電壓為8 V、電流密度為40 mA/ cm2、FeSO4濃度為15 mmol/L、電解45 min時能夠達到較好的處理效果.電芬頓工藝與傳統(tǒng)生化處理工藝的深化處理段相比較，前者COD的去除率可以達到70%左右，相對較高；而后者例如水解酸化、化學沉淀，一般COD去除率為10%～30%左右，相對較低，因此可以考慮將電芬頓工藝取代傳統(tǒng)的預處理或深化處理，使之與生化聯(lián)合，能夠在傳統(tǒng)的印染廢水處理工藝的基礎上提高處理效能，實現(xiàn)提標改造.電芬頓技術在處理難降解廢水方面具有明顯的技術優(yōu)勢，同時，優(yōu)化電解槽裝置及選擇更為合理的電極材料是決定該技術廣泛應用的關鍵因素.

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Study on dye wastewater treatment w ith electro-Fenton

LIUWei1，ZHOU Yao2，KANG Ke-jia1，LIU Qiao-bo1，ZENG Hong-yun1
（1.Heilongjiang Research Institute of Environmental Science，Harbin 150056，China；2.Heilongjiang Provincial Textile Industry Design Institute，Harbin 150001，China）

To dealwith the dyeing wastewater effectively，this paper focused on the eletro-Fenton process and make a study of decoration dyeing wastewater contained rhodamine B. Results showed that the best factorswere initial pH=3，air0.3 L/min，the electrolysis voltage of 8 V，current density 40 mA/cm2，F(xiàn)eSO4concentration of15 mmol/L，electrolytic 45 min.

dyeing wastewater；electrolysis Fenton process；COD

X703

A

1672-0946（2016）02-0170-03

2015-03-16.

國家重大科技專項“水專項”（2014ZX07201-012-01）

劉薇（1981-），女，碩士，工程師，研究方向：水污染防治、大氣污染防治.