董歲明，古儀方，黃韜

(長安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

染料及染料中間體生產(chǎn)行業(yè)會產(chǎn)生大量的色度大、COD 含量高、有機物種類多的廢水，對地表及地下水體均會產(chǎn)生較大影響，是目前用生化方法很難處理的廢水之一，有必要在應(yīng)用傳統(tǒng)生化處理前對染料廢水進(jìn)行前處理。鐵炭微電解法是對染料廢水進(jìn)行前處理的非常有效的工藝，可有效去除廢水中CODCr、降低廢水色度及提高廢水的可生化性。該處理工藝及方法已較多的應(yīng)用于印染廢水的處理中，工業(yè)應(yīng)用前景廣闊［1-4］。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

鐵炭材料(粒度20 ～30 mm)，自制;濃硫酸，分析純;活性藍(lán)染料，化學(xué)純;模擬廢水，用活性藍(lán)染料配制而成，COD 含量為382.5 mg/L。

PHS-3C 型實驗室pH 計;JJ-4 六聯(lián)電動攪拌器;FA204 電子天平;CS-501 超級恒溫器;UV-2550 型紫外可見分光光度計。

1.2 實驗方法

采用靜態(tài)和動態(tài)兩種方法對染料廢水進(jìn)行處理。

1.2.1 靜態(tài)處理法 按照固液比，取2 g 的鐵炭微電解材料加入50 mL 的模擬廢水中，用硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH 值4，并攪拌1.5 h 后靜置，取上清液分析。

1.2.2 動態(tài)處理法 用有機玻璃柱作為處理器，玻璃柱直徑為10 cm，有效高度90 cm。處理裝置見圖1。將鐵炭材料按照一定的固液比填入柱子，用硫酸調(diào)節(jié)染料廢水的pH，染料廢水通過循環(huán)泵從玻璃柱底部泵入，從上部流出。處理時間通過流量計調(diào)節(jié)。從取樣口取樣測定處理液的色度和COD。

圖1 動態(tài)實驗工藝流程Fig.1 Dynamic test process

1.3 分析方法

分析色度采用分光光度法［5］;COD 采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB 11914—89 重鉻酸鉀法［6］。

2 結(jié)果與討論

2.1 材料的作用機理

當(dāng)鐵炭微電解材料與酸性印染廢水相接觸時，鐵炭微電解材料中的鐵和添加的金屬氧化物，會在酸性溶液中溶解，金屬氧化物也會部分溶解，而變成金屬離子，而這些溶解的金屬離子會在鐵的還原作用下生成金屬單質(zhì)而附著在鐵炭微電解材料表面，這樣就會在反應(yīng)器存在著鐵屑、稀貴金屬和活性炭，當(dāng)它們共同浸沒在酸性染料廢水中時，鐵和炭、炭和稀貴金屬以及鐵與稀貴金屬之間，由于電負(fù)性的差異存在著明顯的電勢差，這樣便會在鐵和炭、炭和稀貴金屬以及鐵與稀貴金屬之間形成無數(shù)微小原電池，而這些微小原電池組合又形成較大原電池，使印染廢水中的難降解有機物在受到微小原電池和大原電池的雙重作用，強化了電化學(xué)作用，且自制的材料具有很好孔隙率和表面積，這些優(yōu)勢對防止鐵屑板結(jié)和維持較好的水力條件均提供了保證。系統(tǒng)氧化還原反應(yīng)的機理可表述如下:

鐵與稀貴金屬離子的反應(yīng)機理:

原電池作用機理:

陽極 M－ 2e →M2+

陰極 2H++ 2e →2［H］→H2(酸性溶液中)

O2+ 4H++ 4e →2H2O(酸性溶液中)

從上述反應(yīng)式可以看出，在酸性印染廢水溶液中，由于氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，存在著電子轉(zhuǎn)移，會產(chǎn)生自由基，這些自由基通過與染料發(fā)生化學(xué)作用，從而破壞染料的發(fā)色基，而使染料無法發(fā)色，這樣污水的色度自然會降低。同時，由于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，使分子量較大的染料分子被離解為較小的分子，再者，大的新生態(tài)的高價金屬氫氧化物是良好的絮凝劑，在合適的條件下會生成具有較好絮凝能力的處理劑，不僅可沉降廢水中的SS，也能通過吸附作用降低某些重金屬離子的濃度。這樣就會提高印染廢水的可生化性，為后續(xù)的生化處理提供了保證［7-8］。

2.2 靜態(tài)實驗結(jié)果

2.2.1 pH 對染料廢水處理效果的影響 將一定量的鐵炭微電解材料加入不同pH 值的染料廢水中，反應(yīng)時間控制為1.5 h，結(jié)果見圖2。

圖2 pH 值對染料廢水處理效果的影響Fig.2 Effect of pH value on the treatment of dye wastewater

由圖2 可知，隨著pH 的增大，色度和COD 去除率均降低。因為原電池的電極反應(yīng)在酸性較強的溶液中反應(yīng)速率較快，但溶液pH 值太低，流出液中金屬離子濃度會升高，鐵炭微電解材料損耗增大，會造成環(huán)境的二次污染，因此，pH 值宜選擇3 ～4。

2.2.2 處理時間對染料廢水處理效果的影響 溶液pH 值為4，不同處理時間對COD 和色度去除率的結(jié)果見圖3。

圖3 處理時間對處理效果的影響Fig.3 Affect the processing time on the treatment effect

由圖3 可知，COD 和色度去除率隨處理時間增加呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，處理時間增加，處理效果越好。這可能與電極反應(yīng)的充分程度有關(guān)，反應(yīng)時間增大，反應(yīng)程度增大。

2.2.3 鐵炭微電解材料投加量對染料廢水處理結(jié)果 溶液pH 值為4，反應(yīng)時間為1.5 h，材料投加量對色度和COD 去除率影響結(jié)果見圖4。

圖4 鐵炭微電解材料投加量對處理效果的影響Fig.4 Effect of micro-electrolysis material dosage for treatment effect

由圖4 可知，鐵炭微電解材料投加量為0.45 kg/L為宜。

2.3 動態(tài)實驗結(jié)果

將廢水pH 值調(diào)節(jié)到4，保持鐵炭微電解材料投加量為0.7 kg/L，在不同處理時間測定溶液色度和COD 去除率，結(jié)果見圖5。

圖5 動態(tài)處理實驗結(jié)果Fig.5 Dynamic processing results

由圖5 可知，當(dāng)廢水pH 值為4，鐵炭微電解材料投加量為0.7 kg/L，反應(yīng)時間為100 min 時，色度去除率達(dá)98.7%，COD 去除率達(dá)89%。

3 結(jié)論

(1)鐵炭微電解材料法對活性藍(lán)染料廢水有較好的處理效果，CODCr去除率高，脫色效果好。

(2)在靜態(tài)條件下，當(dāng)pH 值為4、鐵炭微電解材料投加量為0.45 kg/L 及反應(yīng)時間1.5 h，COD 去除率可達(dá)79%，脫色率達(dá)77%;動態(tài)條件下，鐵炭微電解材料投加量為0.7 kg/L 反應(yīng)時間100 min 時，COD 去除率可達(dá)89%，脫色率達(dá)98.7%。

(3)鐵炭微電解材料法處理染料廢水工藝簡單、運行穩(wěn)定，特別適用于酸性染料廢水處理。參考文獻(xiàn):

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