羅立新　覃志祥　李中寶　李少雄　陳剛
（武漢大學 武漢 430072）

　　摘　要　本文利用目前國內運行費用較低、處理效果較好的鐵屑內電解法研制了一套廢水綜合處理裝置。在本設計中創新地提出了“動態鐵屑床”的做法,該裝置具有運行費用低、能耗小的特點。該裝置COD的去除率達70%，出水口COD均遠小于100mg/l，重金屬離子Cr(VI)的去除率在80%以上，有機物（苯胺）的去除率在60%以上。在實驗的基礎上，我們指出了提高其處理效率的一般方法。最后，本文還利用正交試驗法對該裝置的主要技術參數進行了探討，為選擇最佳的工藝條件提供了依據。

　　關鍵詞　動態鐵屑床工業廢水 內電解法

The Development of Treatment Device of Dynamic Scrap-iron Bed Effluent
Luo Lixin Tan Zhixiang Li Zhongbao Li Shaoxiong Chen Gang
(Wuhan University , Wuhan , 430072)

　　Abstract: A suit of combined wastewater treatment device was development using scrap iron inner electrolyte method, which is very cheap and has preferable effective. This paper originally advanced the device of “Dynamic Scrap-iron Bed”. This device ‘s running expensesare very cheap and the consumptions of energy are neglectable. Through this device, the COD can be removed 70%. The COD values of effluents are below 100mg/L. The removal effective of Cr of this method is better than other methods as well. At last, this paper also discussed the main technological parameters, which bring gist for the optical conditions.

　　Keywords dynamic scrap-iron bed effluent inner electrolyte method

１.前言

　　近年來，國內外廣泛地開展了用Fe-C內電解法處理各種工業廢水的研究^[1-3]，但是傳統的方法均采用靜態鐵屑床法，這存在著鐵屑易結塊、鐵屑換料困難的缺點。而關于動態鐵屑床處理工業廢水的方法尚未見詳細報道。本文旨在解決傳統靜態鐵屑床的缺點，創新地提出了“動態鐵屑床”的處理方法，并尋求該法的最佳工藝條件，給出其處理結果，以求開辟處理工業廢水的一條新途徑。

2.反應原理^[4，5]

2.1 電化學腐蝕作用
　　利用經活化處理的廢鐵屑和碳粒作為原料，置于一箱體內，由于碳的電位高，而鐵的電位低，在電解質溶液中可組成腐蝕電池的陰、陽極。
　　其反應機理如下：
　　陽極（Fe）：Fe →Fe²⁺ + 2e
　　陰極（C）：2H⁺+2e→2[H]→H₂　　 (酸性介質)
　　　　　　　 O₂ + 2H₂O + 4e→4OH^- 　　(堿性介質)
　　　　　　　　Mⁿ⁺ + ne→M 　　　　　(還原金屬離子)
　　在實際反應中，我們希望鐵腐蝕進行，這是因為生成的Fe²⁺對于廢水的處理有著十分重要的意義。
2.2 還原降解作用
　　在上面陽極反應中新生的Fe²⁺有極高的活性，在酸性條件下，對某些有機物有降解作用。如對于偶氮型染料，它可以發生如下反應：
　　　　R–N=N–R＇+ 4Fe²⁺ + 4H₂O→RNH₂ + R＇NH₂ + 4Fe³⁺ + 4OH^–
2.3 Fe(OH)₃的吸附絮凝作用
　　首先，由Fe–C組成的許多微小原電池會產生許多小的電場，在該電場力的作用下，廢水中的重金屬離子、苯酚、苯胺等物質可以產生電絮凝反應和氧化還原反應。然后，利用機械增氧暴氣的方法使Fe²⁺轉化為Fe³⁺，進而轉化為Fe(OH)₃ 膠體，由于該正電膠體的混凝吸附，所以可以除去廢水中的負電荷基團，并且對COD的去除亦有較好的作用。
2.4 活性碳的吸附作用
　　由于活性碳有很強的吸附能力，尤其是廢水中的固體微粒，很容易被它吸附除去。

3. 主要裝置

　　實驗裝置的外觀尺寸為75cm(長)×20cm(寬)×70cm(高)，動態鐵屑床的尺寸為F15cm×50cm(高)×2個，過濾柱尺寸為F8cm×50cm(高)×2個。

4.實驗部分

4.1 鉻離子的去除率實驗
　　標準曲線的回歸方程：A=0.7712C-0.3733，均方誤差：σ=0.0057，相關系數：r=0.9994
4.2 有機物(苯胺)的去除率實驗^[6]苯胺標準曲線的線性回歸方程為：A=0.2026242C-0.3738075，均方誤差為：0.0146720，相關系數：r=0.9993900
　　水樣去除率：59.0～60.2%
4.3 COD的去除率的實驗
　　出水口的COD的測定29.5mg/L
　　進水口的COD的測定98.5mg/L
　　COD去除率:70.05%
4.4 最佳工作條件的選擇實驗(以Cr⁶⁺的去除率為準)^[7]
4.4.1 實驗方案
　　我們經過正交實驗得如下數據：

　　在本實驗中，影響實驗效果的因素很多，但我們在此僅考慮了三種主要的因素，我們以A表示因素鐵炭比例，B表示因素反應時間，C表示因素電機的轉速,以A₁表示鐵炭比為1：1(低水平)，A₂表示鐵炭比為1：2(中水平)，A₃表示鐵炭比為1：3(高水平)；B₁表示反應時間為10min，B₂表示反應時間為30min，B₃表示反應時間為90min；C₁表示電機低速轉動，C₂表示電機中速轉動，C₃表示電機高速轉動。
　　由以上數據分析可知：轉速對實驗結果的影響不大，因此，我們有理由采用較低的轉速而不影響處理效果。增大鐵碳比水平或使反應時間延長可以提高處理效果，但是它們的中水平與高水平之間對處理效率的提高的程度不大，為了節約成本和提高單位時間內的廢水的處理量，我們可以將這兩個因素均選擇在中水平。
　　另外，在實驗中，我們發現廢水處理的效率與鐵屑床的體積有很大的關系，由于我們所做的實驗裝置的鐵屑床的體積較小，所以其極限處理效率也較低，由實驗表格可知其極限處理效率約在85%。一個有趣的實驗是：當鐵屑床的體積與處理容器的體積比為1：2時，其Cr(VI)的去除率基本上趨近于100%，而我們的鐵屑床的體積與處理容器的體積比約為1：6，其處理效率可達80%，可見這是很不錯的了。至于應當采用多大體積的鐵屑床，應結合處理的結果要求用實驗的方法去確定。但是由于這種實驗需要不斷更換不同體積的鐵屑床，因而顯得較為費時，所以我們沒有深入做下去，但我們有足夠的理由去相信：在一定的要求下，一定有一個最佳的鐵屑床的體積。
　　由以上的分析可知：動態鐵屑床的優點就在于鐵屑床是動態的，很方便裝御，可以根據處理的要求方便地選擇鐵屑床，以達到預期的效果。而對于靜態鐵屑床，當入水口的廢水濃度變化或對出水口的水質的要求變化時，便顯得有點麻煩了。正因為如此，靜態鐵屑床在設計時應考慮最壞的情況，因而它們設計得較為龐大，在材料上顯得有點浪費。
4.5 實驗結論
　　　(1) 本實驗裝置的Cr⁶⁺的去除率可達80%。
　　　(2) 本實驗裝置的有機物(苯胺)的去除率可達60%。
　　　(3) 本實驗裝置COD的去除率可達70%。
　　　(4) 本實驗裝置的最佳工藝條件為：鐵炭比為1：2，反應時間為30min，電機轉速對實驗結果影響不大。我們可以將電機的轉速處于低速狀態。
　　　(5) 可以通過增大鐵屑床的體積的方法提高處理效率。
　　　(6) 動態鐵屑床易于裝御，應用靈活廣泛。

5. 結果與討論

　　通過實驗我現影響實驗結果的因素很多，但是其中最根本的影響因素是Fe與C的活性。我們將廢鑄鐵屑先經過堿浸泡達24小時后再用酸浸泡8個小時，發現處理效果較好。另外，活性炭宜采用粒狀顆粒的活性炭，而不宜采用棒狀活性炭。在實驗中，我們還發現由于鐵屑床是動態的，故卸裝填料十分方便，在電機的帶動下，鐵屑床帶動廢水激起的旋渦有利于反應的效率提高并可延長鐵屑床的老化時間(見附錄推證)。電機的轉速對實驗影響不大，電機在該裝置中起了攪拌兼防止鐵屑結塊的作用。
　　另外，在本實驗裝置中，與處理效果有關的因素還有曝氣量，廢水的pH值，過濾材料的選擇，流量(由于單位時間內的流量與反應時間有內在的聯系，也可以僅當一個因素去考慮)……由于實驗時間緊張，我們也未做深入的研究，大家可以參考前人在靜態鐵屑床的研究中在此方面的成果。在實際應用中，我們須考慮廢水的日處理量的問題，這可以通過放大處理裝置或采用多個裝置并聯的方式解決。

6. 結論

　　該裝置創新的提出的“動態鐵屑床”的方法能有效地去除工業廢水中的無機離子和有機污染物，是一種值得推廣的方法!

參考文獻

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