鐵碳微電解提高難降解廢水生化性的研究進展

李旭光

（沈陽建筑大學 市政與環(huán)境工程學院，遼寧 沈陽 110168）

隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，難降解有機污水的排放量日益增多，煉油、制藥、橡膠、有色金屬、造紙、皮革、化工、石油等行業(yè)都會不同程度地排放含有難生物降解大分子有機物的工業(yè)廢水。難生物降解有機廢水的特點是有機物濃度高，有機物中的生物難降解種類多比例高，有毒性物質(zhì)較多，而且含鹽濃度較高，因可生化性低大大增加了處理難度[1]。

目前其處理方法一種是物化與化學法相結合工藝，但是條件苛刻、運行費用高；另一種是物化與化學和生化相結合的工藝，先經(jīng)過物化或化學法進行預處理，提高生化性，再利用生化工藝進行處理，但是在預處理過程中采用的催化劑易流失，不能重復使用。鐵碳微電解因其來源廣泛、適應性廣、處理設備簡單、對廢水色度的去除效果好等優(yōu)點被應用。

1 鐵碳微電解原理及影響因素

20世紀80年代末開始，國外有人開始研究采用鐵碳微電解對難降解污水進行預處理。鐵碳來源豐富，價格低廉，既不產(chǎn)生二次污染，又可以廢物利用，所以被認為是預處理難降解有機污水的首選工藝。鐵碳微電解法是利用 Fe/C原電池反應原理對廢水進行處理的一種工藝，也稱內(nèi)電解法，通過在電解質(zhì)溶液中形成原電池產(chǎn)生電場效應，使溶液中的帶電膠粒附著且沉積在電極上，同時電極上反應生成的產(chǎn)物可與溶液中的其他物質(zhì)發(fā)生化學反應，從而達到去除污染物的目的。

1.1 pH值的影響

pH值是鐵碳微電解法處理廢水的重要影響因素之一。pH值對微電解法的影響主要是通過影響新生態(tài)氫的形成而影響到氧化還原反應和通過影響新生態(tài) Fe2+的水解、氧化、配合而影響到吸附絮凝沉淀作用。一般pH值較低時，會產(chǎn)生大量的H+，從而加速氧化還原反應，也對電極反應的進行有促進作用。但也不是越低越好，如果 pH值過低，會破壞生成的絮凝體，也會有大量的有色Fe2+離子生成，影響出水水質(zhì)。許多實際運行表明在堿性或中性條件下，處理效果不佳。因此一般把pH值控制在偏酸性范圍內(nèi)，具體pH值要通過實際廢水的性質(zhì)來確定。

1.2 鐵碳體積比的影響

鐵碳微電解技術中添加適量的碳粒，是為了能形成更多的原電池，增強微電解反應效果。鐵炭體積比過小時，不僅鐵屑所形成的微觀原電池的數(shù)量會減少，而且鐵炭宏觀原電池的數(shù)量也變少；同時，碳粒太多則會阻礙電極反應的活性產(chǎn)物與廢水中有機物的反應。鐵炭體積比太大時，鐵離子與酸反應的溶出占主導地位，相反地，電化學溶出較少，則影響處理效果。

1.3 反應時間的影響

停留時間也是一個重要的工藝設計參數(shù)，氧化還原反應等進行時間的長短會受到停留時間的長短的影響，從而影響廢水COD去除效果。停留時間太短，會使預處理的進行的不完全，效果不理想。停留時間延長，可以使氧化還原反應進行得更徹底，COD的去除率得到提高。但是停留時間如果過長，會增加鐵的消耗量，增加了廢水中鐵離子的含量。同時也會帶來設備投資大，耗電量加大等種種問題。因此要根據(jù)不同的廢水選取合適的停留時間。

1.4 鐵碳粒徑

一般地，鐵碳粒徑會對微電解反應效果產(chǎn)生一定影響。鐵碳粒徑越小，其顆粒比表面積能越大，所組成的原電池就越多，微電場作用越強，電極反應產(chǎn)生[H]的速率也就越快，同時鐵屑不易鈍化。因此，從理論上看粒徑越小越好。但在實際工程中，鐵碳粒徑過小通常容易造成鐵碳填料層的堵塞與板結，從而影響處理效果和增加運行成本。其實，粒徑大小一般選用20目左右即可，不宜過小。

2 鐵碳微電解在難降解廢水中的試驗研究

染料廢水中含有大量的有機物和鹽分，具有CODcr濃度高，色度深，可生化性差等特點。羅旌生[2]等利用鐵碳微電解法處理染料生產(chǎn)廢水的試驗研究，結果表明接觸時間超過0.5 h，pH值在1左右，色度的去除率在 90%以上，COD的去除率在40%～60%。將微電解法和絮凝法相比，COD和色度分別提高了60%和30%，認為鐵碳微電解的過氧化還原反應和絮凝作用起到較好的作用。

焦化廢水水質(zhì)水量變化大、成分復雜，含有酚、苯、氰等有毒物質(zhì)，難降解有機物含量高，氨氮濃度高等特點。朱樂輝[3]等研究利用鐵碳微電解/H2O2混凝法處理焦化廢水，在pH值為7，F(xiàn)eCl3投加量為100 mg/L，m(Fe)∶m(C)為3∶1時，COD的去除率達到90%以上，色度的去除率可達到93.75%，去除效果較好。

制藥業(yè)不同于其他行業(yè)，其污水包括抗生素生產(chǎn)廢水、中成藥生產(chǎn)廢水、合成藥物生產(chǎn)廢水、各類制劑生產(chǎn)過程的洗滌水和沖洗廢水。該類廢水有機物濃度高、色度深、毒性大、pH值變化大、溫度較高、含有難降解物質(zhì)和抑菌作用的抗生素，是國內(nèi)外學者研究的重點廢水之一。彭蜀君[4]等利用鐵碳微電解預處理制藥廢水，反應時間為2.5 h、鐵碳質(zhì)量比1∶2、pH值為5時，COD的去除率在55%～60%，廢水的生化性由0.14提高至0.32。

電鍍廢水主要來自電鍍加工過程中產(chǎn)生的電鍍水洗廢水、活化廢液、鍍槽過濾殘夜和地面沖洗水。水質(zhì)復雜，成分不易控制，主要含鉻、鎳、鋅等重金屬元素。陳欣義[5]等利用鐵碳微電解預處理電鍍廢水，試驗結果表明，在鐵碳比1∶1、反應時間30 min、pH值3時，COD的去除率能達到90%，重金屬、氰化物等指標低于檢出限。

3 工程實例

某藥業(yè)有限公司主要從事頭孢類抗生素的研制和開發(fā)，該制藥廠的廢水具有CODcr含量高、存在生物毒性、色度高、pH波動大、間歇排放等特點。污水處理站處理能力為 300噸/日，原水水質(zhì)為CODcr 8 000～9 500 mg/L，BOD 5 985～1 700 mg/L，pH 10～12，BOD5/CODcr. 12～0.18。采用鐵碳微電解+兩級水解酸化+UASB+生物接觸氧化組合工藝處理該類廢水，處理效果如表1所示：

表1 組合工藝對可生化性改善及COD去除率的影響

由表 1可知，經(jīng)鐵碳微電解-兩級水解酸化-UASB-生物接觸氧化組合工藝處理后，鐵碳微電解預處理后B/C比提高到0.32，促進了后續(xù)生化反應的進行，使得最終出水COD 降低到193.2 mg/L，總去除率可達到 97.6%，滿足《遼寧省污水綜合排放標準》（DB21 1627-2008）及《醫(yī)療機構水污染物排放標準》（GB 18466-2005）預處理標準。

4 結束語

目前鐵碳微電解在提高難降解廢水生化性方面已得到廣泛的應用，但是鐵碳微電解因其運行成本高，鐵碳填料易板結等缺點，還需進一步研究其反應條件或者與其它處理方法聯(lián)合使用，如鐵碳微電解-Fenton、鐵碳微電解-微波、鐵碳微電解-AB生化處理、鐵碳微電解-SBR生化處理等組合工藝，以進一步提高廢水的可生化性，降低預處理的成本。

[1]任南琪．高濃度難降解有機工業(yè)廢水生物處理技術關鍵[J]. 給水排水，2010, 36(9)：1-3+58．

[2]羅旌生，曾抗美，左晶瑩，等．鐵碳微電解法處理染料生產(chǎn)廢水[J].水處理技術，2005，31 (11)：67-70．

[3]朱樂輝，裴浩言，邱?。F碳微電解/H2O2混凝法處理焦化廢水的試驗研究[J]. 水處理技術，2010，36 (8)：117-120．

[4]彭蜀君，董貝，秦丹，等. 鐵碳微電解工藝預處理制藥廢水實驗研究[J]. 環(huán)境科學與技術，2012，35（61）：270-273.

[5]陳欣義，石鍵韻，劉詩燕，等．鐵碳微電解處理電鍍前處理廢水的試驗研究[J]. 廣東化工，2008，35 (9)：74-78．