[摘要] 染料廢水具有“三高一低”的特點（高COD、高色度、高含鹽量、低BOD5/COD），是廢水治理的難點熱點之一。在前期研究的工藝（混凝、氣浮、水解酸化、好氧）基礎(chǔ)上采用Fe/C 微電解系統(tǒng)處理好氧池出水。結(jié)果表明：在pH 為3.5，鐵炭比1∶1.2，反應(yīng)時間35 min 的條件下，COD 和色度的去除率分別穩(wěn)定在80%和85%以上，出水中COD在60 mg/L 以下，色度在42度以下，達到《GB 4287—1992 紡織染整工業(yè)污染物排放標準》一級標準。
[關(guān)鍵詞] 染料廢水；Fe/C 微電解；混凝
目前，染料化工是國家重點監(jiān)控的行業(yè)之一，其廢水治理也是國家重點支持的領(lǐng)域之一（國科發(fā)火[2008]172 號），也是水處理界的難點之一。安徽某染料化工廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的染料綜合廢水具有高COD、高色度、高含鹽量、低BOD5/COD 的特性。若染料廢水不經(jīng)處理而直接排放到水環(huán)境中，危害甚大。
筆者在前期工程的基礎(chǔ)上，針對好氧池出水COD 和色度仍不達標的問題，提出了用Fe/C 微電解技術(shù)做深度處理，提高出水水質(zhì)，使其達到《GB4287—1992 紡織染整工業(yè)污染物排放標準》。
1 工藝說明
1.1 廢水來源及水質(zhì)情況
安徽某染料化工公司是一家民營制企業(yè)，以生產(chǎn)高檔酸性染料、中性染料、媒介染料和染料中間體等產(chǎn)品為主，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的染料廢水為高COD（10 000 mg/L）、高色度（12 000度）、高含鹽量（9 000mg/L）、低BOD5/COD（0.15 左右）。經(jīng)過混凝—氣浮—水解酸化—好氧工藝處理后，好氧池出水COD300mg/L，色度280度。
1.2 廢水處理工藝
1.2.1廢水處理工藝流程
廢水處理工藝流程如圖1 所示。
圖1 染料廢水處理工藝流程
1.2.2 Fe/C 微電解工藝
實驗中使用的Fe/C 微電解裝置示意圖如圖2 所示。該裝置由杭州之江水處理設(shè)備廠生產(chǎn)。
廢水由進水箱經(jīng)水泵提升流量計控制進入混合池，濃酸經(jīng)蠕動泵泵入進水管在混合池調(diào)節(jié)進水的pH。之后廢水進入鐵炭池，在鐵炭原電池電化學(xué)反應(yīng)作用下，廢水中的污染物質(zhì)被降解。處理完畢的廢水進入沉淀池進行固液分離，上清液經(jīng)沉淀池溢流口流出，完成整個處理過程。
圖2 Fe/C 微電解裝置示意
1.3 測定方法
色度測定：用UV-1201型紫外-可見分光光度計掃描好氧池出水，其最大吸收波長為219 nm，在該波長下測定經(jīng)Fe/C 微電解處理前后的吸光度。脫色率R 由式（1）計算：
R＝（1-A/A0）×100% （1）
式中：A0——處理前吸光度；
A——處理后吸光度。
COD 測定〔11〕：重鉻酸鉀法GB 11914—1989。
2 結(jié)果與分析
2.1 pH對Fe/C 微電解系統(tǒng)處理效果的影響
由Fe/C 微電解基本原理可知，參加原電池反應(yīng)的離子數(shù)目及產(chǎn)物因pH 變化而變化：pH 較高時，參加反應(yīng)的H+數(shù)目不足，F(xiàn)e 被氧化成Fe2+的反應(yīng)受到抑制；pH 較低時，雖可加快Fe/C 微電解反應(yīng)，但破壞了Fe2+為膠凝中心的絮凝體的形成，且耗鐵量大、產(chǎn)生鐵泥多。因此，應(yīng)將Fe/C 微電解反應(yīng)控制在一個合適的pH 范圍內(nèi)。
由圖3 可知，pH 對Fe/C 微電解反應(yīng)有較大的影響。pH太低，鐵屑易鈍化而活性降低，從而影響COD 和色度的去除；COD 在pH 為3.5 時，去除率達到最大為74.5%，廢水中剩余COD 為76.5 mg/L；色度在pH 為3 時，去除率達到最大為86.2%，出水色度為38.6度；色度、COD 的去除率沒有同步在相同pH條件下達到最大，表明廢水中存在一些不產(chǎn)生色度的有機污染物。當pH 繼續(xù)增大，色度、COD 的去除率逐漸下降，COD 下降較為明顯。當pH 提高到5.5時，COD 去除率降至48.3%，而色度去除率下降并不顯著，為79.7%。因此在Fe/C 微電解處理染料廢水時最佳pH 應(yīng)調(diào)為3.5 左右。
圖3 pH 對Fe/C 微電解系統(tǒng)處理效果的影響
2.2 鐵炭比對Fe/C 微電解系統(tǒng)處理效果的影響
當Fe/C 微電解系統(tǒng)中鐵屑含量低時，增加鐵屑，可使體系中的原電池數(shù)量增多，從而提高對COD 和色度的去除效果；當炭屑過量時，反而會抑制原電池的反應(yīng)，更多表現(xiàn)為炭的吸附性，因此應(yīng)保持一個適當?shù)蔫F炭比。
圖4 鐵炭比對Fe/C 微電解系統(tǒng)處理效果的影響
由圖4 可知，鐵炭比對Fe/C 微電解系統(tǒng)處理COD 和色度有一定的影響。當將鐵炭比控制在1∶1.2時，COD 的去除率最高，可達81.6%，出水COD 為55.2 mg/L；色度去除率為87.3%，出水色度為35.56度。當鐵炭比大于或小于1∶1.2 時，原電池數(shù)量不足，影響COD 和色度的去除，尤其COD 去除率下降較為明顯，當鐵炭比為1∶2.0 時，COD 去除率降至64.7%，但色度去除率仍可保持在75%以上。
2.3 反應(yīng)時間對Fe/C 微電解系統(tǒng)處理效果的影響
由Fe/C 微電解的反應(yīng)機理可知，反應(yīng)時間越長，氧化還原等作用也進行得越徹底。但到達一定時間后反應(yīng)基本停止。反應(yīng)時間過長將使基建投資增大，而且會使鐵的消耗量增加，因此要選擇合適的反應(yīng)時間。
由圖5 可知，反應(yīng)時間對微電解反應(yīng)有一定的影響。當反應(yīng)時間控制在35 min 時，COD 和色度的去除率達到最大值，COD 去除率為83.4%，出水COD 為49.8 mg/L，色度去除率為88.3%，出水色度為32.76度。隨著反應(yīng)時間的延長，COD 和色度去除率均有下降，色度去除率下降更為明顯，當反應(yīng)時間為65 min 時，色度去除率降至73.9%，出水色度73.08度，不能達標，可見反應(yīng)時間延長時，鐵的消耗量增加，溶出大量的Fe2+，并氧化成有色的Fe3+，降低了廢水的脫色效果。
圖5 反應(yīng)時間對Fe/C 微電解系統(tǒng)處理效果的影響
2.4 最佳工藝條件下Fe/C 微電解系統(tǒng)處理效果穩(wěn)定性實驗
通過以上實驗，確定最佳工藝參數(shù)：pH 為3.5，鐵炭比1∶1.2，反應(yīng)時間35 min。在此工藝條件下，通入好氧池出水到Fe/C 微電解系統(tǒng)中，經(jīng)過10 d 的運行觀察，COD 和色度的去除率分別穩(wěn)定在80%以上和85%以上，出水中COD 在60 mg/L 以下，色度在42度以下，達到了GB 4287—1992《紡織染整工業(yè)污染物排放標準》一級標準。
2.5 Fe/C 微電解系統(tǒng)反應(yīng)機理分析
Fe/C 微電解法處理染料廢水是絮凝、吸附、電沉淀、電化學(xué)還原等共同作用的結(jié)果。Fe/C 微電解法的反應(yīng)機理主要包括：電化學(xué)作用、還原作用、絮凝作用、吸附作用〔12-13〕。
2.5.1電化學(xué)作用
Fe/C微電解法的基本原理是利用鐵和炭組分構(gòu)成微小原電池的正極和負極，以充入的污水為電解質(zhì)原液，形成原電池，發(fā)生氧化-還原反應(yīng)。新生態(tài)的電極產(chǎn)物活性極高，能與廢水中的有機污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使其結(jié)構(gòu)、形態(tài)發(fā)生變化，完成由難處理到易處理、由有色到無色的轉(zhuǎn)變。
2.5.2還原作用
在微電解中Fe/C 會發(fā)生如下反應(yīng)：
陽極（Fe）：
2Fe→2Fe2++4e Eθ（Fe2+、Fe）=0.44 V
陰極（C）：
4H++4e→4[H]→2H2 Eθ（H+、H2）=0
當水中有溶解氧時，
O2+2H2+4e→4OH-
Fe/C微電解系統(tǒng)中正、負極生成的電極產(chǎn)物具有較高的還原性，在偏酸性條件下，電極反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和Fe2+可將：（1）大分子有機物轉(zhuǎn)化為小分子有機物；（2）環(huán)狀有機物斷環(huán)；（3）發(fā)色基團(如：—N—N—，—N—O—等)斷鏈，從而達到降低COD 和脫色的目的。
2.5.3鐵離子的絮凝作用
隨著Fe/C 微電解系統(tǒng)的運行，原料鐵屑逐漸被消耗，由大顆粒變成細小顆粒而隨水流失，因此為確保系統(tǒng)正常運行，需定期投加鐵屑。在鐵的消耗過程中，產(chǎn)生大量的Fe2+，有溶解氧的條件下,發(fā)生反應(yīng)：
4Fe2++8OH-+O2↑+2H2O=4Fe（OH）3↓
當調(diào)節(jié)Fe/C 微電解系統(tǒng)出水pH 到偏堿性時，生成較多的、有較強的混凝吸附作用的Fe（OH）3絮凝物，可使廢水中膠體物質(zhì)絮凝沉淀，進一步降低廢水的COD和色度。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結(jié)論
（1）Fe/C 微電解系統(tǒng)能深度處理染料廢水，且投資和運行費用低。
（2）Fe/C 微電解系統(tǒng)最佳工藝參數(shù)：pH 為3.5，鐵炭比1∶1.2，反應(yīng)時間35 min。在此工藝條件下，COD 和色度的去除率分別穩(wěn)定在80%以上和85%以上，出水中COD 在60 mg/L 以下，色度在42度以下，達到了GB 4287—1992 《紡織染整工業(yè)污染物排放標準》一級標準。
（3）在以后的實驗中應(yīng)考慮采用其他的物質(zhì)如廢剛玉粉末取代活性炭，可進一步降低成本，不僅能有效地處理高色度、難降解的染料廢水，而且可以達到以廢治廢的目的。
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[作者簡介] 鄒海明（1977-），講師，在讀博士。(工業(yè)水處理)
