目前，常用物理、化學(xué)和生物法等常規(guī)方法處理印染廢水。物化法中隔油技術(shù)法、氣浮法、吸附法等工藝實(shí)用性強(qiáng)，但處理效率較低，通常適用于廢水的前期預(yù)處理階段；膜分離法處理技術(shù)去除效率高且出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，但處理水量小、易堵塞并且技術(shù)成本高；臭氧氧化法操作簡(jiǎn)便，原料易獲取，反應(yīng)后排放出多余的氧氣不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染，但存在空氣源制備臭氧的效率低、臭氧發(fā)生器運(yùn)行成本高的弊端；光催化氧化技術(shù)具有高效、安全、原料易得、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但也有催化劑易失活、光源利用率低等制約因素；生物法在運(yùn)行過(guò)程中利用微生物氧化分解污染物，在常溫常壓下進(jìn)行，技術(shù)成本較低，不產(chǎn)生二次污染，但微生物的配置馴化及新陳代謝容易受環(huán)境條件的影響，在沖擊負(fù)荷下易造成生化系統(tǒng)波動(dòng)。
炭鐵微電解廣泛應(yīng)用于印染廢水處理，對(duì)分散染料除色有出色的表現(xiàn)，但總體對(duì)COD及可生化性提高的貢獻(xiàn)能力一般。筆者通過(guò)對(duì)鐵炭材料的架構(gòu)形式進(jìn)行研究并研發(fā)出新型復(fù)合炭鐵材料，新架構(gòu)下鐵和炭在廢水中形成的微動(dòng)力在通氣情況下會(huì)發(fā)生一系列電化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)使廢水中有機(jī)大分子污染物的鍵斷裂等，達(dá)到廢水初步降解的預(yù)處理目的。因其具有處理成本較低、處理設(shè)備較簡(jiǎn)單、處理效能高等優(yōu)勢(shì)，可提高廢水的可生化性，減輕后續(xù)工藝負(fù)荷。
1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品
實(shí)驗(yàn)廢水取自某印刷廠內(nèi)印刷車間的生產(chǎn)廢水。廢水pH值為5～6，水呈微紅棕色，COD初始濃度為120mg/L。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
新型復(fù)合炭鐵活化過(guò)程：稱取一定質(zhì)量的復(fù)合炭鐵添加5%鹽酸（復(fù)合炭鐵獨(dú)立研發(fā)，為多孔、大比表面積固態(tài)新材料），浸泡活化一段時(shí)間，用蒸餾水沖洗3min，晾干后待用。
實(shí)驗(yàn)步驟：取1000mL印染廢水于燒杯中，投加一定量的已活化的復(fù)合炭鐵，調(diào)節(jié)廢水pH值，放入曝氣泵，進(jìn)行攪拌曝氣反應(yīng)，反應(yīng)后過(guò)濾取濾液測(cè)定各種條件下的水質(zhì)COD值。
2、結(jié)果與討論
2.1 活化時(shí)間的影響
采用5%鹽酸活化新材料的復(fù)合炭鐵填料在不同活化時(shí)間下對(duì)印染廢水的去除效果見圖1。隨著活化時(shí)間的增加，印染廢水中COD的去除率呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢(shì)，活化時(shí)間為60min時(shí)，處理效果最好，廢水中COD的去除率為32.58%。反應(yīng)時(shí)間小于60min時(shí)，活化時(shí)間不夠長(zhǎng)，復(fù)合炭鐵內(nèi)外表面殘留較多的雜質(zhì)，導(dǎo)致反應(yīng)接觸面偏少，反應(yīng)不充分�；罨瘯r(shí)間超過(guò)60min后，復(fù)合炭鐵內(nèi)外表面的雜質(zhì)基本被去除，鐵原子暴露在鹽酸溶液中，會(huì)繼續(xù)與鹽酸反應(yīng)生成H2與FeCl3，降低了反應(yīng)中陽(yáng)極鐵的含量，造成反應(yīng)效率降低。因此，復(fù)合炭鐵的最佳活化時(shí)間為60min。
2.2 復(fù)合炭鐵投加量的影響
由圖2可知，不同的復(fù)合炭鐵投加量對(duì)印染廢水的去除效果有明顯差別。投加量低于45g/L時(shí)，COD的去除效果隨著投加量的增加而增大；投加量等于45g/L時(shí)，COD的去除率可達(dá)38.07%；投加量大于45g/L時(shí)，廢水中COD的去除率反而呈減小的趨勢(shì)。采用復(fù)合炭鐵降解印染廢水主要是利用復(fù)合炭鐵內(nèi)外表面產(chǎn)生的一系列電解反應(yīng)，當(dāng)復(fù)合炭鐵用量較低時(shí)，水中的活性物質(zhì)偏少，印染廢水中的有機(jī)分子和材料表面接觸受到限制，COD去除效率較低；當(dāng)復(fù)合新材料投加量大于45g/L時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)生Fe2+的速率過(guò)快，使溶液中大量的Fe2+和水中游離的氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化亞鐵附著在復(fù)合炭鐵表面，降低了廢水中有機(jī)物和復(fù)合炭鐵的作用面積。因此，通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)取得的最佳復(fù)合炭鐵新材料投加量為45g/L。
2.3 pH值的影響
由圖3可以看出，當(dāng)印染廢水初始pH值為3時(shí)，反應(yīng)的去除效果最佳，COD去除率達(dá)39.73%。印染廢水pH值過(guò)高或過(guò)低都不利于復(fù)合炭鐵反應(yīng)。當(dāng)溶液初始pH值低于3時(shí)，抑制了Fe3+向鐵鹽絮體的轉(zhuǎn)化，降低了鐵氧化物吸附廢水中有機(jī)污染物的能力，導(dǎo)致廢水中COD去除效果變差；當(dāng)溶液pH值為3時(shí)，能夠保證反應(yīng)所需的較高電位差，加速電極反應(yīng)，并且能夠促進(jìn)Fe2+、Fe3+向鐵鹽絮體轉(zhuǎn)化，加強(qiáng)絮凝作用，在強(qiáng)化電解和絮凝沉淀的共同作用下印染廢水的去除效果達(dá)到最佳；當(dāng)溶液pH值大于3小于4時(shí)，溶液中沒(méi)有足夠多的H+，反應(yīng)所需的電位差偏低，抑制了原電池陰極的反應(yīng)，導(dǎo)致印染廢水COD去除率降低；溶液pH值大于4時(shí)，繼續(xù)升高pH值，溶液中的Fe容易侵蝕生成氫氧化鐵沉淀，不利于原電池陽(yáng)極反應(yīng)的進(jìn)行，降低了復(fù)合炭鐵的反應(yīng)效果。
2.4 曝氣量的影響
由圖4可知，增加反應(yīng)器中的溶氧量有利于復(fù)合炭鐵去除印染廢水中的COD。當(dāng)曝氣量為3L/min時(shí)，COD去除率可達(dá)40.32%；繼續(xù)增大曝氣量，印染廢水中COD的去除率反而逐漸降低到27.14%。適量的曝氣可為反應(yīng)體系提供充足的O2，促進(jìn)原電池陽(yáng)極反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)曝氣能使溶液更加均質(zhì)化，增加有機(jī)污染物和復(fù)合炭鐵的接觸機(jī)會(huì)，使得反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的活性氫能快速降解印染廢水中的有機(jī)污染物，但當(dāng)曝氣量過(guò)大時(shí)，復(fù)合炭鐵表面存在大量氣泡，反而會(huì)抑制廢水中有機(jī)污染物與復(fù)合炭鐵的接觸面積，阻礙了反應(yīng)的進(jìn)行，降低COD去除率。
2.5 反應(yīng)時(shí)間的影響
反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短關(guān)系著反應(yīng)能否進(jìn)行完全、水體中的污染物能否被降解徹底等問(wèn)題。由圖5可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，印染廢水中COD的去除率呈先上升后下降的趨勢(shì)。反應(yīng)時(shí)間在0~90min時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，COD的去除率不斷升高；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到90min時(shí)，COD去除率可達(dá)45.69%；反應(yīng)時(shí)間在90～180min時(shí)，COD去除率呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)。反應(yīng)時(shí)間小于90min時(shí)，廢水中含有足夠多的鐵，能快速反應(yīng)溶解產(chǎn)生氫自由基、Fe2+和Fe3+，快速接觸廢水中的污染物，促進(jìn)氧化還原和絮凝沉淀反應(yīng)的進(jìn)行。反應(yīng)時(shí)間超過(guò)90min后，復(fù)合炭鐵中的鐵電極長(zhǎng)時(shí)間置于有氧環(huán)境中，表面會(huì)逐漸發(fā)生氧化鈍化反應(yīng)，使得陽(yáng)極反應(yīng)受到抑制，產(chǎn)生的電附集作用逐漸減弱。同時(shí)，復(fù)合炭鐵中剩余的Fe也會(huì)與H+發(fā)生置換反應(yīng)，抑制陽(yáng)極反應(yīng)的進(jìn)行。鐵的氧化物絮凝作用是物理吸附過(guò)程，反應(yīng)90min后部分有機(jī)污染物會(huì)從鐵氧化物中脫附出來(lái)，導(dǎo)致COD去除率出現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)。通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最佳反應(yīng)時(shí)間為90min。
3、結(jié)語(yǔ)
復(fù)合炭鐵催化劑材料利用其高比表面積，對(duì)印染廢水可起到較好的預(yù)處理作用。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，新材料在濃度為5%的鹽酸中活化60min后，在炭鐵填料投加量為45g/L、曝氣量為3L/min、廢水初始pH值為3的條件下反應(yīng)90min時(shí)，印染廢水中COD的去除率可達(dá)45.69%。（來(lái)源：廈門福添環(huán)保科技有限公司）
