FeC微电解法预处理高浓度印染废水的研究叶国祥

第25卷第3期高校化学工程学报No.3Vol.252011年6月JournalofChemicalEngineeringofChineseUniversitiesJune2011文章编号：1003-9015(2011)03-0489-06Fe-C微电解法预处理高浓度印染废水的研究叶国祥1,周烁灵2,玙唐佳1,郑豪1,杨岳平1,2,徐新华1(1.浙江大学环境工程研究所,浙江杭州310027;2.浙江至美环境科技有限公司,浙江杭州310030)摘要：采用强化Fe-C微电解工艺对酸性高浓度印染废水进行了试验研究。对于CODCr15000~32000mg⋅L−1，色度1200~1500倍的高浓度印染废水，絮凝预处理可以使CODCr降低30%~50%，色度下降20%左右。由于该印染废水的pH仅为2.0~3.0，所以絮凝预处理后的废水，加入少量的H2O2有利于Fe-C微电解反应的进行，该强化Fe-C反应添加的H2O2量约为0.01mol⋅L−1，适宜的反应时间为120min。Fe-C微电解反应结束后，废水的pH上升到6.0左右，调节pH至中性或弱碱性，可以基本去除废水中的Fe离子，总CODCr去除率达到60%~70%，色度去除率达到95%以上。该Fe-C反应消耗的H2O2远低于Fenton反应所需的0.4mol⋅L−1，适用于工业废水的实际预处理。关键词：印染废水；絮凝；Fe-C微电解；Fenton反应；COD；色度中图分类号：X703.1，X791文献标识码：AHighConcentrationDyeingWasteWaterPretreatmentbyFe-CMicro-ElectrolysisYEGuo-xiang1,ZHOUShuo-ling2,TANGJia-yu1,ZHENGHao1,YANGYue-ping1,2,XUXin-hua1(1.InstituteofEnvironmentalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China;2.ZhejiangChimeyEnvironmentScience&TechnologyCo.Ltd,Hangzhou310030,China.)Abstract:Fe-Cmicro-electrolysiswasutilizedforpretreatmentofhighconcentrationdyeingwastewaterinthisstudy.About30%~50%ofCODCr(15000~32000mg⋅L−1)oftheoriginalwastewaterandabout20%ofchromaticity(1200~1500times)wereeliminatedaftercoagulationpretreatment.AddingasmallamountofH2O2wasbeneficialtothepretreatmentofcoagulatedwastewaterbyFe-Cmicro-electrolysis.UsingFe-Cmiono-electrolysis,thetotalCODCrreductionisabout60%~70%after120minutesreactionwithabout0.01mol⋅L−1H2O2added.Andthedecoloringratioisabout95%atthesametime.ThepHvalueraisesto6.0attheendofFe-Cmicro-electrolysisreaction,anditshouldbeadjustedto11.0byNaOHforremovingFeion.ThedosagesofH2O2andNaOHaddedinFe-Cmicro-electrolysisreactionaremuchlessthanthoseneededinFentonreaction.SotheFe-Cmicro-electrolysisreactionisapropertechnologyforindustrialwastewaterpretreatment.Keywords:dyeingwastewater;coagulation;Fe-Cmicro-electrolysis;Fentonreaction;COD;chromaticity1前言在棉纺织品印染工序里，前处理废水(退浆、碱减量、煮炼、丝光、漂白废水)产生的COD占总COD排放量60%~70%，其中退浆和碱减量废水约占80%以上，而退浆废水量一般只占废水总量的15%，具有量少但浓度高的特点。印染退浆废水含有大量聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)和表面活性剂。为了提高浆膜品质，现大多采用混合浆料，一般为PVA(20%左右)和淀粉(80%左右)的混合浆。随着纺织工业的发展，棉纱上浆率由6%~7%提高到11%~13%，其退浆废水的CODCr浓度高达3×104~6×104mg⋅L−1[1]。收稿日期：2010-04-12；修订日期：2010-10-19。基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07101-006-09)；浙江省重大科技专项(2009C03005-4)。作者简介：叶国祥(1977-)，男，浙江嵊州人，博瑞德(南京)净化技术有限公司助理研究员，博士。通讯联系人：徐新华，E-mail：[e-mail]490高校化学工程学报2011年6月由于PVA是高聚物，可生化性差，BOD5/COD(B/C)为0.02~0.03[3]。因此高浓度印染废水采用传统的活性污泥工艺很难达到满意的处理效果。Fenton法是一种高级氧化处理技术，通过Fe2+催化分解H2O2产生高活性·OH，利用产生的自由基攻击有机污染物，使之降解为低毒或者无毒的无机盐、水、二氧化碳等物质，从而达到去除污染物的目的。杨岳平等研究了光助-Fenton氧化处理印染废水，色度去除95.8%以上，COD去除率达到72.7%，本文拟采用类Fenton法处理高浓度有机废水。Fe-C微电解法利用电极反应得到的高活性[H]使大分子有机物降解为小分子，具有脱色作用，同时反应产生的Fe2+在反应结束后通过调节pH生成胶体絮凝剂，对废水具有去除COD的作用。Fe-C微电解反应与Fenton法有异曲同工之妙，基于此，拟在Fe-C微电解反应过程中投加少量H2O2，使之成为类Fenton反应，强化Fe-C微电解处理效果。本文开展了实验室Fe-C微电解法预处理高浓度印染废水的研究，并与Fenton法进行了比较，以其为高浓度印染废水高效低成本预处理提供参考。2实验内容与方法2.1废水水质实验用印染废水取自绍兴市某印染厂，呈深褐色，pH为2.0~3.0，浊度1500NTU，色度1200~1500倍，CODCr15000~32000mg⋅L−1，废水主要成分为聚乙烯醇(PVA)、活性染料和表面活性剂等。2.2试验方法与步骤实验流程及实验装置如图1、图2。具体实验步骤：(1)对废水进行絮凝预处理，考察CODCr以及色度的絮凝去除情况。(2)在絮凝预处理的基础上，采用Fenton处理工艺对废水进行氧化处理。取水样200mL置于500mL烧瓶中，用NaOH/H2SO4调节至试验所需pH值；向溶液中加入一定量的Fenton试剂，迅速混合并搅拌反应一定的时间。研究加药量、氧化时间及pH，优化Fe2+与H2O2在本研究体系中的用量比。(3)在絮凝预处理的基础上，利用Fe-C微电解反应处理废水。取水样300mL置于500mL烧瓶中，用NaOH/H2SO4调节至试验所需pH值；加入过量(12~30目，约30g，含碳量2.0%左右)铁粉，采用曝气加机械搅拌(300r⋅min−1)；持续搅拌反应0~2h；在反应开始时滴加少量H2O2，研究H2O2对反应的影响。(4)分析与检测准备待(2)、(3)步反应结束后，需将废水pH调节到11.0以上并沉淀过滤，以去除废水中的Fe2+和Fe3+，在工业应用中也是必须的，可避免二次污染，实验可避免对测量结果的影响，测定其COD和色度。2.3检测指标与分析方法实验中主要检测指标与分析方法：CODCr：采用重铬酸钾法测定(GB/T11914-1989)；色度：稀释倍数法(GB193-89)与比色法；pH：玻璃电极法(GB/T6920-86)；铁浓度：火焰原子吸收分光光度法(GB11911-89)。主要仪器：UNICO7200型分光光度计，雷磁COD-571-1型化学需氧量消解仪，雷磁PHS-25微机型酸度计等，岛津A3800火焰原子吸收分光光度计。图1实验流程图Fig.1FlowsheetofexperimentWastewaterFlocculation,filterandanalysisFentonreactionFe-CreactionAnalysisAnalysisFe-CAirTurbine图2Fe-C微电解反应装置示意图Fig.2Fe-Cmicro-electrolysissetupTurbineFe-CAir第25卷第3期叶国祥等：Fe-C微电解法预处理高浓度印染废水的研究4910246810121416182022100010000800100012001400160018002000220024002600Chromaticity/timesWatersample/No.COD/mg⋅L−1图321个水样絮凝处理的效果Fig.3Coagulationefficiencyof21samples(3.4g⋅L−1FeSO4,1.2mg⋅L−1PAM)▲CODoforiginalwastewater●chromaticityoforiginalwastewater△CODaftercoagulation○hromaticityaftercoagulation0204060801001200102030405060Reactiontime/minCODreduction/%图4初始pH对氧化效果的影响Fig.4InfluenceoforiginalpHonCODreduction(H2O2:0.4mol⋅L−1,Fe2+/H2O2:0.333:1)○pH2.0△pH3.0▲pH4.03实验结果与讨论3.1絮凝预处理效果随着生产情况以及采样时间的不同，原水COD波动较大，一般在15000~32000mg⋅L−1。试验对原水水样进行了絮凝研究，加入3.4g⋅L−1絮凝剂(FeSO4)以及1.2mg⋅L−1的助凝剂(PAM)。图3为不同时期和生产情况下，20个样本原废水絮凝预处理前后CODCr与色度的变化情况，COD的去除率在30%~50%，色度的去除率为20%~30%。从图3中可以看出，废水絮凝处理后CODCr下降至8000~15000mg⋅L−1，去除率约50%，色度降至800~1000倍。经过絮凝预处理后废水将作为Fenton法以及Fe-C微电解法实验研究对象，以研究各影响因素间的关系。本研究选择了18号水样作为后续研究对象，初始CODCr17620mg⋅L−1，色度1170倍，絮凝处理后CODCr8730mg⋅L−1，色度810倍。3.2初始pH值与反应时间对Fenton氧化效果的影响Fenton于1894发现当H2O2与Fe2+共存时，其分解能力会高于两者单独存在时的分解能力。之后一些学者相继发现，Fe2+与H2O2在酸性条件下(pH=2.0~3.0)会发生反应，生成具有非选择性强氧化还原能力的羟基自由基·OH，并放出大量热。pH的变化直接影响到Fe2+和Fe3+的络合平衡体系，从而影响了Fenton试剂氧化降解PVA等浆料的能力。在酸性条件下，Fenton反应会形成具有凝聚和脱色作用的铁水络合物，当pH为3~5时，这些络合物的浓度最高，凝聚和脱色效果最好[2]。图4研究了3个不同初始pH条件下的氧化效果。可见，pH对处理效果有一定影响，当pH为3.0时，Fenton试剂