張勇
（濟(jì)南市自來(lái)水公司，山東 濟(jì)南 250012）

　　摘要：研究了由精礦粉和氧化鐵磷加工而成的多孔性海綿鐵預(yù)處理印染廢水的性能。該方法是基于電化學(xué)、氧化-還原、物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用，有效地降低了印染廢水的色度和CODcr，色度去除率可達(dá)90％以上，CODcr去除率可達(dá)60％左右，并且提高了印染廢水的可生化性。
　　關(guān)鍵詞：海綿鐵；印染廢水；電化學(xué)；可生化性
　　中圖分類(lèi)號(hào)：X703.5；X791
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1009-2455(2002)04-0036-03

Study on the Corrosion Cell Process in Pretreatment
of Printing and Dyeing wastewater with Spongy Iron
ZHONG Yong
（Jinan Company of Water Supply，Jinan 250012，China）

　　Abstract：Porous spongy iron was prepared with refined minerals and iron oxide phosphor．The behaviors of spongy iron corrosion cell were studied in the pretreatment of dye wastewater．Based on the combined action of electrochemistry，oxidation-reduction，physical adsorption and flocculation，the spongy iron effectively reduced the color and CODcr of the wastewater．CODcr emoval efficiency exceeded 60％ and color removal efficiency exceeded 90％．The biodegradability of the printing and dyeing wastewater was also increased．
　　Key words：spongy iron；printing and dyeing wastewater；electrochemistry；biodegradability

　　紡織印染行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生大量的有色廢水，國(guó)內(nèi)大多采用生化法處理，但是，生化法對(duì)色度和難降解有機(jī)物的去除效果并不十分理想，如原水的色度較高，要做到處理后出水水質(zhì)全面達(dá)標(biāo)，需要增加脫色處理工藝，采用傳統(tǒng)的印染廢水脫色方法（活性炭吸附、臭氧氧化、混凝沉淀等）能夠解決這一問(wèn)題，但是處理費(fèi)用比較高。
　　目前國(guó)內(nèi)外采用鐵屑過(guò)濾法^[1-2]預(yù)處理色度高和可生化性差的印染廢水，在一定范圍內(nèi)具有良好的處理效果，但是鐵屑由于是機(jī)械加工的廢料，比表面積比較小，處理能力較低，長(zhǎng)期運(yùn)行容易結(jié)塊，大大地限制了它在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。
　　海綿鐵是一種新型的水處理材料，它是由精礦粉和氧化鐵磷經(jīng)過(guò)研磨、磁選后再高溫?zé)Y(jié)，然后冷卻、沖洗、破碎，再重新磁選和篩選得到的多孔狀顆粒物質(zhì)。海錦鐵和鐵屑的微觀結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1和圖2，由圖中可以看出海綿鐵具有比鐵屑高的比表面積，由于比表面積的增大，使海綿鐵具有更強(qiáng)的電化學(xué)吸附、氧化-還原、物理吸附、以及混凝沉淀的優(yōu)點(diǎn)。

1 海綿鐵處理印染廢水機(jī)理的探討^[3-4]

　　海綿鐵處理印染廢水機(jī)理與鐵屑的處理機(jī)理相似，海綿鐵是由鐵和碳組成的合金，由純鐵和Fe3C及一些雜質(zhì)組成。Fe3C及一些雜質(zhì)以極小顆粒的形式分散在海綿鐵內(nèi)，由于它們的電極電位比鐵低，當(dāng)處在電解質(zhì)溶液中時(shí)就形成無(wú)數(shù)個(gè)腐蝕微電池，在它的表面就有電流在成千上萬(wàn)個(gè)細(xì)小的電池內(nèi)流動(dòng)，鐵作為陽(yáng)極被腐蝕消耗，當(dāng)體系中有宏觀的陰極材料存在時(shí)，又可以形成宏觀腐蝕電池。基本電極反應(yīng)如下：
　　陽(yáng)極過(guò)程：
　　Fe→Fe²⁺+2e E⁰(Fe²⁺/Fe)=-0.44V
　　陰極過(guò)程：
　　2H⁺+2e→2[H]→H₂↑　　E⁰(H⁺/H₂)=0.00V
　　O₂+4H⁺+4e→2H₂O　　　 E⁰(O₂/H₂O)=1.22V
　　O₂+2H₂O+4e→4OH^-　　　E⁰(O₂/OH^-)=0.41V
　　電極反應(yīng)生成的Fe²⁺及進(jìn)一步氧化成Fe³⁺及它們的水合物具有較強(qiáng)的吸附-絮凝活性，特別是在加堿調(diào)PH值后生成氫氧化亞鐵和氫氧化鐵膠體絮凝劑，它們的吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般藥劑水解得到的氫氧化鐵膠體，能大量吸附水中分散的微小顆粒，金屬粒子及有機(jī)大分子。在中性或偏酸性的環(huán)境中，海綿鐵本身及其產(chǎn)生的新生態(tài)[H]、Fe²⁺等與廢水中的許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)。比如能破壞有色廢水中的有色物質(zhì)的發(fā)色基團(tuán)或助色基團(tuán)，甚至斷鏈，可以脫色，降低CODcr提高可生化性，還可以氧化金屬離子，降低其毒性。
　　另外，由于電池的電極周?chē)嬖陔妶?chǎng)效應(yīng)，使溶液中的帶電粒子在電場(chǎng)作用下作定向移動(dòng)，附積到電極上，從而去除水中的污染物。

2 實(shí)驗(yàn)材料

　　海綿鐵取自北京市某一鐵粉廠(chǎng)，其組成及各項(xiàng)性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 海綿鐵的組成及各項(xiàng)性能指標(biāo) 組成 含量 總鐵含量/％ 96～97 金屬鐵含量/％ 大于90 碳及其它雜質(zhì)含量/％ 3～4 密度/(g·cm^-3) 2.3～2.7 堆積密度/(g·cm^-3) 1.7～1.88 粒徑/mm 0.5～3.0 外觀 灰黑色有亮點(diǎn)，呈疏松的海綿狀

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 靜態(tài)實(shí)驗(yàn)
　　取一定體積的毛紡廠(chǎng)廢水，水質(zhì)指標(biāo)如表2所示，使其pH值在一定范圍內(nèi)變化，加入20g海綿鐵，在恒溫?fù)u床中搖動(dòng)，使廢水與海綿鐵表面充分接觸一段時(shí)間后，靜置沉淀，再過(guò)濾分離，對(duì)處理后的水質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。海綿鐵靜態(tài)處理實(shí)驗(yàn)的各種實(shí)驗(yàn)因素和條件如表2所示。

表2 蘭州某毛紡廠(chǎng)綜合污水水質(zhì) 分析項(xiàng)目 分析結(jié)果 CODcr/(mg·L^-1) 529.7～634.2 BOD₅/(mg·L^-1) 130.8～171.7 色度/倍 200～400 pH 7.10～7.62 m(BOD₅):m(CODcr) 0.24～0.27

　　圖3和圖4分別為靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，脫色效果和CODcr的去除率在不同pH值條件下隨時(shí)間的變化情況。由圖可以看出在相同原水條件下，相同的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，pH越低，處理效果越好，因此進(jìn)水pH值較為敏感，對(duì)處理效果影響比較大，這與前面海綿鐵處理印染廢水的機(jī)理相符合。考慮到在實(shí)際運(yùn)行中，運(yùn)行費(fèi)用及處理效果等因素，確定最佳處理?xiàng)l件：pH5.5，處理時(shí)間15min。

3.2 動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)
　　在內(nèi)徑為15mm，長(zhǎng)度為1600mm的有機(jī)玻璃管內(nèi)裝填海綿鐵，海綿鐵填料的有效裝填高度為1200mm，廢水從濾柱底部進(jìn)入，保證廢水與海綿鐵接觸時(shí)間是15min，處理后的水從過(guò)濾柱上部流出。處理后水的pH、CODcr和色度結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 海綿鐵動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 分析項(xiàng)目 分析結(jié)果 進(jìn)水 pH 5.08 5.51 6.23 7.12 CODcr/(mg·L^-1) 516 516 516 516 色度/倍 350 350 350 350 出水 pH 5.56 6.14 6.81 7.48 CODcr/(mg·L^-1) 301 321 329 337 色度/倍 15 20 40 60 CODcr去除率/％ 41.66 37.79 36.24 34.69 色度去除率/％ 97.09 93.60 88.57 82.86

　　由表3可以看出，印染廢水經(jīng)過(guò)海綿鐵處理以后，CODcr的去除率為35％～42％，可以去除一部分CODcr，為后續(xù)的生物處理降低負(fù)荷；脫色率達(dá)到82.86％～97.09％。
3.3 海綿鐵過(guò)濾對(duì)后續(xù)生化處理的影響
　　廢水的生物處理通常采用BOD₅與CODcr的質(zhì)量比來(lái)判斷廢水的可生化性。本實(shí)驗(yàn)用來(lái)進(jìn)行可生化性研究的接種污泥取自蘭州煉油廠(chǎng)生活污水處理系統(tǒng)的曝氣池的混合液，經(jīng)印染廢水馴化10d左右，然后用此污泥接種測(cè)定從海綿鐵濾柱出水的BOD₅，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 廢水生化性實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 處理后CODcr/(mg·L^-1) 處理后BOD₅/(mg·L^-1) m(BOD₅):m(CODcr) 1 301 174.58 0.58 2 321 176.55 0.55 3 329 187.53 0.57 4 337 175.24 0.52

　　原水水質(zhì)的m(BOD₅)/m(CODcr)在0.24～0.27的范圍內(nèi)變化，其值低于0.45，經(jīng)過(guò)海綿鐵預(yù)處理后，不僅去除了大部分色度，去除一部分CODcr，而且大大地提高了廢水的可生化性，為廢水進(jìn)一步經(jīng)生化處理達(dá)標(biāo)，提供了保證。

4 結(jié)論

　　①海綿鐵腐蝕電池法對(duì)印染廢水的預(yù)處理是基于電化學(xué)吸附、氧化-還原、物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用的結(jié)果。
　　②海綿鐵腐蝕電池法對(duì)印染廢水的色度具有非常明顯的去除效果，對(duì)CODcr也有一定的去除能力，并且提高了印染廢水的可生化性，改善了后續(xù)生物處理效果。
　　③海綿鐵腐蝕電池法簡(jiǎn)單，投資省，原料易得，且易工業(yè)化，是值得推廣的染料廢水預(yù)處理方法。

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作者簡(jiǎn)介：
張勇（1974～），男，山東寧陽(yáng)人，助理工程師，學(xué)士學(xué)位，目前正攻讀環(huán)境工程碩士學(xué)位，電話(huà)(0531)6606625。