Fe/C微電解+硫酸鋁組合工藝對麥草制漿造紙廢水處理效果的研究

宋曉喬，任天龍，張偉剛，蹇騏蔚

(1.西安建筑科技大學華清學院，陜西 西安 710043；2.西安創(chuàng)業(yè)水務有限公司，陜西 西安 710086；3.中聯(lián)西北工程設計研究院有限公司，陜西 西安 710077)

麥草制漿造紙廢水含有難降解物質，可生化性差[1]，采用物化法進行預處理是必要的。Fe/C微電解法在酸性廢水中，電解質溶液中鐵屑晶體結構會形成許多Fe/C局部微電池，利用其來處理工業(yè)廢水，適用范圍廣且操作維護方便。工藝中使用的鐵屑大多來自切削工業(yè)廢料，不需消耗太多電力資源，成本低廉，以廢治廢，可對環(huán)保事業(yè)做出一定的貢獻。目前，鐵/碳微電解法在染料廢水的處理方面應用較多[2-4]，但在制漿造紙工業(yè)廢水處理方面應用還很少。本文研究用鐵/碳微電解+硫酸鋁組合工藝對其進行預處理的效果。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

麥草制漿造紙廢水取自河南一林造紙廠污水處理站曝氣池，色度為160， pH為6.53，CODCr為 1 150 mg/L；硫酸鋁、陽離子型助凝劑CPAM、NaOH、硫酸、鹽酸、重鉻酸鉀、硫酸銀、試亞鐵靈指示劑、硫酸亞鐵銨等均為分析純；鐵屑、活性炭為工業(yè)級。

DF-101S磁力攪拌儀；CODCr測試裝置，按照國際方法組裝；AB104-N電子天平；UV-2000分光光度計；MY3000-6智能混凝試驗攪拌儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 Fe/C微電解實驗 取100 mL麥草制漿造紙廢水到500 mL燒杯中，用NaOH(濃度為10%)和稀鹽酸(濃度為10%)調節(jié)pH，加鐵屑、活性炭，在磁力攪拌儀攪拌90 min。過濾，用濃度10%的NaOH將溶液的pH值調到11.0，使溶液中的Fe2+、Fe3+等離子以Fe(OH)2和Fe(OH)3的形式沉淀下來。取上層清液，分別測其吸光度、色度和CODCr值，計算CODCr去除率、脫色率。

1.2.2 硫酸鋁混凝實驗 取100 mL電解出水到500 mL燒杯中，用NaOH(濃度為10%)和稀鹽酸(濃度為10%)將pH調節(jié)到7.00，添加1 mL硫酸鋁(濃度為10%)，室溫下在智能混凝試驗攪拌儀中進行混凝反應，攪拌時間為1 min，轉速為 300 r/min，然后投加助凝劑，攪拌時間為1 min，轉速為300 r/min，接著進入反應階段，反應時間 10 min，轉速為100 r/min，最后進入沉降階段，沉降時間15 min。取出沉淀上清液分別測定吸光度、色度和CODCr值，計算其去除率。

1.3 分析方法

CODCr值以重鉻酸鹽法測定；脫色率是利用分光光度法測麥草制漿造紙廢水在某一特定波長下的吸光度，然后計算求得；色度以稀釋倍數(shù)法測定。

2 結果與討論

2.1 Fe/C微電解法工藝條件優(yōu)化

采用正交實驗，因素和水平見表1，結果見表2。

表1 Fe/C微電解正交實驗因素和水平Table 1 Factors and levels of Fe/C microelectrolysisorthogonal experiments

表2 微電解法正交實驗結果Table 2 Orthogonal experinental results ofmicro-electrolysis

由表2可知，A1B3C3D1的脫色率最高，C1和C3差別很小，且C(鐵)重要因素程度最低，可以得出A1B3C1D1是最佳方案，各個因素的影響順序為B>A>D>C，最重要的因素為磁力攪拌時間。

由表2可知，A1B3C1D3的CODCr去除率最高，D(碳)重要因素程度最低，所以得出A1B3C1D1是最佳方案；各個因素的影響順序為B>C>A>D，最重要的因素為磁力攪拌時間。

綜上所述，A1B3C1D1為微電解的最優(yōu)實驗方案，亦即廢水pH值為6.0，反應時間為90 min，鐵屑用量為30 g/L，活性炭用量為6 g/L。通過驗證實驗得出，其CODCr去除率83%左右，脫色率85%左右。

2.2 電解出水pH對絮凝效果的影響

微電解出水在硫酸鋁下進行混凝實驗，pH對絮凝效果的影響見表3。

表3 電解出水pH對絮凝效果的影響Table 3 Effect on flocculation with the pH ofelectrolysis effluent

由表3可知，1號混凝后未將pH值調節(jié)到11.0，由于微電解使水樣中含有Fe2+、Fe3+，測CODCr使用的硫酸亞鐵銨用量減少，測得CODCr值偏高；2號和3號實驗混凝后將pH值調節(jié)到11.0，使上清液中Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀，其色度稀釋20倍，達到排放標準，而CODCr去除率高達85.4%，但還是未達到CODCr≤100 mg/L的排放要求。

綜合經(jīng)濟技術條件，微電解法(廢水pH值為6.0，反應時間為90 min，鐵屑用量為30 g/L，活性炭用量為6 g/L)+硫酸鋁組合工藝作為預處理，聯(lián)用污水處理站現(xiàn)存生化處理單元，使其達標排放。

2.3 機理分析

Fe/C微電解+混凝組合工藝處理麥草制漿造紙廢水后，其出水CODCr去除率還是未達標原因在于：鐵/碳微電解反應存在以電化學為主的多種作用途徑，在酸性條件下，帶電的膠體粒子通過電場作用而脫穩(wěn)聚集沉降。新生成的[H]和Fe2 +能還原廢水中的許多組分，破壞廢水的發(fā)色或助色基團使廢水脫色，所以其脫色率很好。由于溶解氧的存在，F(xiàn)e2+在一定的堿度條件下容易被氧化成Fe3+，從而產(chǎn)生有效的絮凝作用，形成以Fe3+為膠凝中心的絮凝體。麥草制漿造紙廢水中的懸浮膠體顆粒易被這些絮凝體網(wǎng)捕并沉淀。因此鐵/碳微電解反應可通過吸附和混凝等多種作用降解廢水中的污染物。

這一機理與硫酸鋁混凝沉淀法重合而不能達到良好的互補作用，但其兩者組合對色度的去除大大提高，可高達90%以上。

3 結論

Fe/C微電解法最佳工藝條件：廢水pH值為6.0，反應時間為90 min，鐵屑用量為30 g/L，活性炭用量為6 g/L。麥草制漿造紙廢水微電解后出水COD去除率為80%，色度去除率為90.5%。