活性炭 －Fe組成的微電池凈化印染廢水的研究

孫偉華，徐長城，寧 平

（1.大理白族自治州環境監測站，云南 大理 671000；2.云南省環境科學研究院，云南 昆明 650034；3.昆明理工大學，云南 昆明 650093）

活性炭 －Fe組成的微電池凈化印染廢水的研究

孫偉華1，徐長城2，寧 平3

（1.大理白族自治州環境監測站，云南 大理 671000；2.云南省環境科學研究院，云南 昆明 650034；3.昆明理工大學，云南 昆明 650093）

主要研究了活性炭 －Fe組成的微電池處理印染廢水的凈化處理技術。由最佳工藝流程處理后的出水 COD濃度最低為 34.1mg／L（此時 COD凈化效率為98.79%，色度凈化效率為98.62%）。出水水質可達到國家 《污水綜合排放標準 （GB8978－1996）》一級標準的規定。采用該工藝處理后的出水COD平均凈化效率為96.67%，色度平均凈化效率為96.46%。

微電池；活性炭 －Fe；印染廢水；研究

隨著工業的迅猛發展，環境水污染問題日趨嚴重。印染廢水是我國工業廢水的主要來源之一，而其中的染料廢水更因其濃度高、污染物成分復雜、可生化降解性較差、色度深、水質變化大而成為極難處理的工業有機廢水之一。因此，探求有效經濟地處理染料廢水的技術，正成為國內外學術界的研究熱點。微電池法是近年來新興的一種處理染料廢水的方法。它能有效地去除有機廢水的色度、COD、BOD5和SS，且無二次污染。

1 反應原理

微電池法的基本原理是利用鐵屑中的鐵和炭組分構成微小的原電池的陰陽極，以充入的廢水為電解質溶液，形成微電池。其電極反應如下：

在此反應中產生的 Fe2＋活性極高，能有效氧化廢水中的有機污染物，改變其結構形態，從而有效地降解這些污染物質，并大大降低廢水的色度。Fe2＋可與陰極產生的 OH－反應生成 Fe（OH）2膠體，由于反應體系為開放體系，有 O2存在，所以Fe2＋可以轉化成 Fe3＋并生成Fe（OH）3。新生的Fe （OH）2與 Fe（OH）3是吸附能力較高的膠體絮凝劑，而產生的 Fe2＋、Fe3＋還能將廢水中的染料粒子等膠凝在一起，形成以Fe2＋、Fe3＋為膠凝中心的絮凝體，捕集、挾裹和吸附懸浮的膠體共沉［1］。所以用活性炭 －Fe組成的微電解處理染料廢水時，同時發生氧化還原降解、電化學、電吸附和電絮凝等作用，可有效地去除污染物。

2 實驗方法及工藝流程

2.1 實驗廢水

本研究采用自配廢水，主要用的染料是甲基橙。其COD濃度為3000mg／L左右，pH值約為5。2.2 鐵炭濾料

本次研究選取的活性炭的規格為40目。

實驗所用鐵粉為還原鐵粉（800目，分析純）。催化劑為 FeSO4和 Fe2（SO4）3（分析純）。2.3 實驗流程、方法及儀器

實驗采用直徑 50mm、管長 700mm的有機玻璃柱和萃取用水瓶作為反應器。實驗操作時，廢水從萃取水瓶自上而下流過反應器，其流速的大小由有機玻璃柱底部膠管處的止水夾控制。為保證反應器內水壓的穩定，特采用萃取水瓶作為進水入口，通過保持萃取水瓶出水流速與反應器內流速相同來保持反應器內水壓的穩定。經處理后的出水，由放在下部的燒杯收集，并用于水質分析。共有兩套反應器。實驗工藝流程如圖1所示。

實驗條件為：廢水 pH值約為5，活性炭用量為100g，FeSO4和 Fe2（SO4）3用量均為 5g，鐵粉用量為2g。

化學耗氧量測定儀：型號 HH－6江蘇電分析儀器廠。

可實現對電能質量、計劃 用電、用電稽查、負荷狀態和故障狀態的數據分析處理，工作人員可及時發現電網系統中的各項異常情況，并且妥善采取解決措施降低危害及風險，為電力用戶提供強有力的保障。

3 實驗結果與討論

3.1 活性炭 ＋鐵粉體系的凈化性能研究

取相同質量的活性炭兩份。一份直接作為填料，另一份將鐵粉加入其中，混合均勻后填充在反應柱內。其實驗結果見圖2～圖4。

由圖 2可見，用活性炭 ＋鐵粉處理廢水時，出水COD濃度明顯低于用活性炭的處理效果；用活性炭 ＋鐵粉處理廢水時，出水 COD濃度比用活性炭處理廢水時平均低 19%左右。用活性炭處理廢水時，出水 COD濃度最低為224.2mg／L；而用活性炭 ＋鐵粉處理廢水時，出水 COD濃度最低為170.1mg／L。這說明，活性炭 ＋鐵粉對廢水中 COD的凈化效果明顯優于只用活性炭的處理效果。

由圖 3可見，用活性炭 ＋鐵粉處理廢水對COD去除率明顯高于使用活性炭的處理效果。而且這種優勢從初次出水時就表現出來并一直延續。用活性炭處理廢水時，對 COD去除率最高可達92.03%；而用活性炭 ＋鐵粉處理廢水對 COD去除率最高可達 93.95%。這一情況說明，活性炭 ＋鐵粉對廢水中 COD濃度的去除效果明顯優于用活性炭處理廢水的處理效果。

由圖 4可知，用活性炭及活性炭 ＋鐵粉作填料處理廢水時，都可顯著地降低廢水的色度。用活性炭處理廢水，對水中的色度去除率最高可達91.88%；而用活性炭 ＋鐵粉處理廢水，對水中的色度去除率最高可達93.69%。這一情況說明，活性炭 ＋鐵粉對廢水中色度的凈化效果明顯優于用活性炭處理廢水的處理效果，且從初次出水時就表現出來并一直延續。

上述實驗說明，在活性炭中添加鐵粉，除了活性炭的吸附作用外還發生了微電池反應，這些物理化學作用不僅可以提高COD的去除率，還可以提高色度的去除率。

稱取與前述實驗相同質量的活性炭，加入與前述實驗相同質量的鐵粉，并加入催化劑 FeSO4和Fe2（SO4）3混合均勻后填充在反應柱內。實驗結果見圖5～圖7。

由圖5可見，在活性炭 ＋鐵粉體系中添加催化劑FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，出水 COD濃度比用活性炭和活性炭＋鐵粉體系處理出水COD濃度明顯降低。用活性炭處理時，出水 COD濃度最低為224.2mg／L；用活性炭 ＋鐵粉處理時，出水 COD濃度最低為 170.1mg／L；而在添加 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，出水 COD濃度最低為 34.1mg／L。

由圖 6可見，在活性炭 ＋鐵粉體系中添加催化劑 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，對 COD的去除率明顯提高，用活性炭處理時，COD去除率最高可達92.03%；用活性炭 ＋鐵粉處理時，COD去除率最高可達93.95%；而在添加 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，COD去除率最高可達98.79%。圖5和圖6的結果說明在活性炭 ＋鐵粉體系中添加催化劑對廢水中 COD的凈化效果明顯高于未添加催化劑的凈化效果。

由圖7可見，在活性炭 ＋鐵粉體系中添加催化劑FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，對色度的去除率明顯提高，用活性炭處理時，色度去除率最高可達91.88%；用活性炭 ＋鐵粉處理時，色度去除率最高可達 93.69%；而在添加 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，色度去除率最高可達98.62%，出水呈無色透明。這說明在活性炭＋鐵粉體系中添加催化劑對廢水中色度的凈化效果明顯高于未添加催化劑的處理效果。

上述實驗說明，在活性炭 ＋鐵粉體系中加入催化劑 FeSO4和 Fe2（SO4）3對廢水的凈化效果明顯高于未添加催化劑的凈化效果。這是因為在活性炭＋鐵粉體系中加入 FeSO4和 Fe2（SO4）3之后，使得溶液里的離子增多，可增強溶液的導電性能，促進微電池反應的進行，而加入的FeSO4和Fe2（SO4）3還可引起氧化還原反應和絮凝反應。這說明 FeSO4和 Fe2（SO4）3確實起到了催化劑的作用。

4 結論

（1）活性炭 －Fe組成的微電池凈化印染廢水的最佳工藝為活性炭 ＋鐵粉 ＋催化劑。用此工藝處理出水脫色率可達90%以上，COD去除率在90%以上，出水中 COD濃度最低可在50mg／L以內，出水呈無色透明。

（2）由于鐵碳微電池反應起主要作用的是腐蝕微電池作用，加入 FeSO4和 Fe2（SO4）3后溶液里的離子增多，使溶液的導電性能增大，容易發生鐵碳微電池反應，增大微電流使腐蝕增加，從而提高了處理效率。FeSO4和 Fe2（SO4）3溶于水中還發生水解反應，可起混凝作用，而且 Fe2＋和 Fe3＋本身又可引起一系列氧化還原反應破壞發色物質的發色結構，使偶氮基斷裂、大分子分解為小分子、硝基化合物還原為胺基化合物，達到脫色目的；新生的 H＋還能氧化還原降解廢水中多種組分。因此，實驗中添加的 FeSO4和Fe2（SO4）3起到了催化劑的作用。

（3）實驗研究表明，活性炭－Fe組成的微電池凈化處理印染廢水，不僅脫色效果好，而且可提高廢水的可生化性。具有工藝簡單、處理效果好、無二次污染等優點，是很有發展前景的一項 “綠色環?！奔夹g。

參考文獻：

［1］Feofanov VA，Pilot BV，Zhda－novich L P，et al.Process and appa－ ratus for purifying effluentsand liquors［Z］.US Pat：45252－541985－06－25.

Purification of Printing and Dyeing Wastewater by Micro－Cell Process Composed of Activated Carbon and Fe

SUN Wei-hua1，XU Chang-cheng2，NING Ping3
（1.DaLi Bai Autonmous Prefecture Environmental Monitoring Station，DaLi XiaGuan 671000 China）

The treatment of the printing and dying wastewater by the process of activated carbon and Fe micro－cell is studied.The COD concentration of the treated water outlet could reach the minimum level of 34.1mg／L by the optimum treatment process，when the removal rate of COD and chrome is respectively 98.79%and 98.62%.The outlet water quality meets the Grade I of Comprehensive Wastewater Discharge Standard（GB8978－1996）.In average，the removal rate of COD and chrome of the outlet water is 96.67%and 96.46%.

micro－cell；activated Carbon and Fe；dying and printing wastewater；research

X791

A

1673－9655（2013）03－0068－04

2012－01－17

孫偉華 （1978－），女，碩士，主要從事環境工程和環境監測工作。