趙玲玲，蔡照勝

（鹽城工學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224003）

過氧化氫強(qiáng)化微電解法處理城市生活污水*

趙玲玲，蔡照勝

（鹽城工學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224003）

采用過氧化氫強(qiáng)化微電解法處理城市生活污水，結(jié)果表明，對初始質(zhì)量濃度為300 mg/L的城市生活污水，在pH＝6，w（Fe）︰w（C）=1︰1，反應(yīng)40 min，H2O2（30%）投加量0.05%（體積比）下，CODcr的去除率可達(dá)80%以上，殘留CODcr質(zhì)量濃度在60 mg/L以下，達(dá)到了城鎮(zhèn)污水處理廠CODcr排放一級標(biāo)準(zhǔn)的B標(biāo)準(zhǔn)（GB 18918－2002）。此鐵炭體系在重復(fù)利用19次時，對CODcr的去除率仍在50%以上。

生活污水；過氧化氫；微電解

我國是世界上人口最多的國家,隨著城市人口的驟增、鄉(xiāng)村的城鎮(zhèn)化和人民生活水平的提高，城市污水總排放量也隨之相應(yīng)逐漸增加[1]。我國水污染控制的重點已經(jīng)從工業(yè)點源為主的控制，逐漸轉(zhuǎn)變到以城市生活污水為主的控制。然而，我國目前城市生活污水處理率尚未達(dá)到10%[2-3]。

污水生物處理法是19世紀(jì)末出現(xiàn)的污水治理技術(shù)，現(xiàn)今已成為世界各國處理生活污水的主要手段，但是污水生物處理工藝存在流程冗長、占地面積大、操作管理復(fù)雜等缺點。鐵炭微電解法是利用金屬的電化學(xué)腐蝕原理對廢水進(jìn)行處理的良好工藝，近年來被廣泛研究與運用,但是單獨微電解處理能力有限，探索微電解與其它處理工藝的連結(jié)及協(xié)同十分必要。而Fenton氧化法是利用Fe2+與H2O2的一系列產(chǎn)生羥基自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)對廢水難降解的有機(jī)物進(jìn)行處理的高級氧化工藝[4]，其處理效果明顯，但單獨使用時處理成本較高?？紤]到微電解反應(yīng)中會產(chǎn)生一定量的Fe2+，如在進(jìn)水中投加少量的H2O2，則可能在微電解反應(yīng)中同時發(fā)生Fenton氧化反應(yīng)而提高處理效果，同時也降低了處理成本。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

生活污水取自南京某城市污水處理廠[c（COD-cr）=300 mg/L]；廢鐵屑（長寬約0.5 cm，南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械加工廠）；顆粒活性炭（20～50目，吸附飽和，溧陽竹溪活性炭有限公司）。

1.2 實驗儀器與試劑

儀器：85－1磁力攪拌器（金壇醫(yī)療儀器廠）；PHS-3C型精密pH計(上海精密科學(xué)儀器有限公司)；

試劑：Fe（NH4）2（SO4）2，NaOH，H2SO4，K2Cr2O7，Ag2SO4，H2O2（30%）（均為分析純）。

1.3 實驗方法

氧化：分別移取200 mL的生活污水若干份于250 mL的燒杯中，用1 mol/L的NaOH或H2SO4調(diào)節(jié)其pH值，各加入一定量的廢鐵屑及吸附飽和后的顆?；钚蕴?，且滴加一定體積的H2O2（30%）。將以上樣品置于磁力攪拌器上攪拌一定時間后，靜置，取上清液測定殘留CODcr濃度。

根據(jù)不同實驗條件，改變初始pH、鐵炭比、H2O2（30%）投加量及反應(yīng)時間，研究CODcr的去除效果。

1.4 工藝流程

工藝流程見圖1。

2 結(jié)果與討論

2.1 過氧化氫強(qiáng)化微電解實驗

2.1.1 H2O2投加量對CODcr去除率的影響

廢水初始CODcr 300 mg/L，pH＝5，w（Fe）︰w（C）=1︰1，反應(yīng)1 h，實驗結(jié)果見圖2。由圖2可知，H2O2（30%）投加量在0.05%～0.1%（體積比）時，CODcr的去除率均達(dá)到80%，這說明0.05%的H2O2已足夠在短時間內(nèi)將污染物質(zhì)降解到一定程度，0.1%H2O2的加入并未提高廢水CODcr的去除率，效果反而與0.05%的H2O2情況相似，這可能是由于體系中的H2O2發(fā)生副反應(yīng)[5]·OH＋H2O2→H2O＋· HO2導(dǎo)致的。當(dāng)H2O2濃度較低，有機(jī)物濃度較高時，·OH有較多的機(jī)會和有機(jī)物反應(yīng)，上述副反應(yīng)并不重要，但當(dāng)H2O2濃度較高時，生成的·HO2氧化能力較弱，并且容易進(jìn)一步反應(yīng)，即·HO2＋·OH→H2O＋O2，不僅消耗·OH，而且使H2O2無效分解，降低了CODcr的去除率。因此選擇合適的H2O2投加量對此類廢水的處理效果有重要影響。本實驗中H2O2（30%）投加量可取0.05%（體積比）。

2.1.2 反應(yīng)時間對CODcr去除率的影響

廢水初始CODcr300mg/L，w（Fe）︰w（C）=1︰1，pH＝5，H2O2（30%）投加量0.1%，實驗結(jié)果見圖3。由圖3看出，此反應(yīng)較快，反應(yīng)30 min后，CODcr的去除率即接近80%，40 min后CODcr的去除率均在80%～83%之間，殘留CODcr在60 mg/L以下。這是因為時間過短則H2O2未能反應(yīng)完全，使羥基自由基·OH的產(chǎn)生量減少，去除率不高；時間過長則浪費資源，長時間的攪拌也會使已產(chǎn)生的絮體被打碎，影響反應(yīng)效果?？紤]到工程實際，確定最佳的反應(yīng)時間為40 min。

2.1.3 pH對CODcr去除率的影響

廢水初始CODcr 300 mg/L，w（Fe）︰w（C）＝1︰1，H2O2（30%）投加量0.1%，反應(yīng)1 h，實驗結(jié)果見圖4。由圖4可知，在偏酸性條件下，CODcr的去除率較高，均在80%以上。這是由于體系中的鐵和炭形成微電池，pH較低時，可提高氧化電極電位，促進(jìn)電極反應(yīng)的進(jìn)行，而電極產(chǎn)物以新生態(tài)的 [H]和Fe2+為主，有利于氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行；Fenton反應(yīng)也適宜在偏酸性條件下進(jìn)行。考慮到工程實際，確定反應(yīng)最佳pH為6。

2.1.4 鐵炭比對CODcr去除率的影響

廢水初始CODcr 300 mg/L，pH=5，H2O2投加量0.1%，反應(yīng)1 h，實驗結(jié)果見圖5。結(jié)果顯示鐵炭比對處理效果也有較大的影響。隨著鐵炭比的增加,處理效果先增加，當(dāng)鐵炭質(zhì)量比為1︰1左右時，CODcr去除率達(dá)到最大，80%以上；繼續(xù)增加鐵炭比，CODcr去除率呈緩慢下降趨勢。認(rèn)為造成這種現(xiàn)象可能是由于：（1）鐵比例較少時，過多的活性炭使廢水與電極反應(yīng)活性產(chǎn)物之間的接觸幾率減少，處理效果差；而隨著鐵投加量的增加，不僅使廢水與電極反應(yīng)活性產(chǎn)物之間的接觸幾率增大，而且有利于反應(yīng)Fe-2e→Fe2+向右進(jìn)行,使活性產(chǎn)物Fe2+的數(shù)量增加，有利于還原有機(jī)物，也有利于Fenton氧化反應(yīng)的進(jìn)行，整個處理效果變好。（2）繼續(xù)增加鐵的量，使活性炭的量太少，以致形成的鐵炭微電池的量大大減少，而Fenton氧化反應(yīng)中Fe2+只是作為催化劑，所以整個處理效果下降。因此本實驗中鐵炭質(zhì)量比定為1︰1。

2.2 反應(yīng)體系的重復(fù)利用

在w（Fe）︰w（C）=1︰1，200 mL生活污水pH=6，H2O2投加量為0.1 mL，反應(yīng)40 min的條件下，將處理過生活污水的鐵炭體系，用來再次處理廢水，研究該體系重復(fù)利用次數(shù)對CODcr去除率的影響。實驗結(jié)果如下圖6。

從圖6可看出，隨著處理次數(shù)的增加，鐵炭體系對生活污水的處理效果逐漸降低。這是因為隨著鐵炭處理次數(shù)的增多，鐵炭表面可能吸附有污染物質(zhì)，一方面阻止鐵炭之間的有效接觸，使微電池反應(yīng)減弱，活性物質(zhì)減少；另一方面鐵炭本身的吸附、絮凝作用也變?nèi)?，從而使得效果明顯變差。但相對來說，下降比較緩慢,即使當(dāng)其處理第19次時，處理率仍有55%。因此，該鐵炭體系在實踐中可多次應(yīng)用，該方法具有投資少、運行費用低的特點。

2.3 原理

鐵炭微電解法是利用金屬的電化學(xué)腐蝕原理對廢水進(jìn)行處理的良好工藝，近年來被廣泛研究與運用。但是單獨微電解處理能力有限，探索微電解與其它處理工藝的連結(jié)及協(xié)同十分必要。

在上述試驗中，作者認(rèn)為微電解與與Fenton氧化法兩者產(chǎn)生了協(xié)同作用，有效地提高了處理效果。

具體來說：①兩反應(yīng)對應(yīng)的最佳pH均在酸性條件下[6-7]，有利于進(jìn)行協(xié)同作用；②微電解反應(yīng)產(chǎn)生的大量Fe2+與原子H促進(jìn)了Fenton反應(yīng)的進(jìn)行，特別是微電場的作用加快了Fenton反應(yīng)的電子傳遞過程，對羥基自由基的產(chǎn)生具有激發(fā)作用[8]；③H2O2的存在相當(dāng)于給微電解反應(yīng)提供了原子氧，有效地促進(jìn)了鐵屑的腐蝕從而提高微電解處理能力；④Fenton反應(yīng)去除或破壞了一部分微電解作用難降解的有機(jī)物，有利于微電解反應(yīng)中的絮凝，網(wǎng)捕，架橋，挾裹等作用的發(fā)揮，使得處理效果十分明顯。

3 結(jié)論

（1）本實驗采用過氧化氫強(qiáng)化微電解的方法處理城市生活污水，在最佳操作條件pH＝6，w（Fe）︰w（C）=1︰1，反應(yīng)40 min，H2O2（30%）投加量0.05%（體積比）下，CODcr的去除率可達(dá)80%以上，COD-cr質(zhì)量濃度從300 mg/L降至60 mg/L以下，達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠CODcr排放一級標(biāo)準(zhǔn)的B標(biāo)準(zhǔn)（GB 18918－2002）。

（2）此鐵炭體系在重復(fù)利用19次時，對CODcr的去除率仍在50%以上。

（3）有關(guān)該反應(yīng)體系的反應(yīng)原理還有待于進(jìn)一步研究。

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Treatment of Domestic Wastewater by H2O2Enhanced Micro-electrolysis

ZHAO Ling-ling，CAI Zhao-sheng
（Yancheng Institute of Technology，Jiangsu Yancheng 224003，China）

H2O2enhanced micro-electrolysis was studied to treat domestic wastewater.The results show that when initial mass concentration of CODcr is 300 mg/L，w（Fe）︰w（C）=1︰1，pH=6，dosage of H2O2（30%）=0.05%，reaction time=40 min，removal rate of CODcr reaches 80%，mass concentration of CODcr decreases below 60 mg/L and reaches GB 18918－2002.After the above system is reused for 19 times,the removal rate of CODcr can still reach 50%.

Domestic wastewater；H2O2；Micro-electrolysis

X703

A

1671-0460（2010）02-0180-04

鹽城工學(xué)院2010年度人才引進(jìn)科研項目（XKR2010060）

2009-11-27

趙玲玲（1983-），女，助教，碩士研究生，2008年畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué),研究方向為污水處理技術(shù)。E-mail：zll830401@126.com。