海绵铁腐蚀电池法预处理印染废水的研究

张勇
（济南市自来水公司，山东 济南 250012）

　　摘要：研究了由精矿粉和氧化铁磷加工而成的多孔性海绵铁预处理印染废水的性能。该方法是基于电化学、氧化-还原、物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用，有效地降低了印染废水的色度和CODcr，色度去除率可达90％以上，CODcr去除率可达60％左右，并且提高了印染废水的可生化性。
　　关键词：海绵铁；印染废水；电化学；可生化性
　　中图分类号：X703.5；X791
　　文献标识码：A
　　文章编号：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

　　纺织印染行业生产过程产生大量的有色废水，国内大多采用生化法处理，但是，生化法对色度和难降解有机物的去除效果并不十分理想，如原水的色度较高，要做到处理后出水水质全面达标，需要增加脱色处理工艺，采用传统的印染废水脱色方法（活性炭吸附、臭氧氧化、混凝沉淀等）能够解决这一问题，但是处理费用比较高。
　　目前国内外采用铁屑过滤法^[1-2]预处理色度高和可生化性差的印染废水，在一定范围内具有良好的处理效果，但是铁屑由于是机械加工的废料，比表面积比较小，处理能力较低，长期运行容易结块，大大地限制了它在生产中的广泛应用。
　　海绵铁是一种新型的水处理材料，它是由精矿粉和氧化铁磷经过研磨、磁选后再高温烧结，然后冷却、冲洗、破碎，再重新磁选和筛选得到的多孔状颗粒物质。海锦铁和铁屑的微观结构见图1和图2，由图中可以看出海绵铁具有比铁屑高的比表面积，由于比表面积的增大，使海绵铁具有更强的电化学吸附、氧化-还原、物理吸附、以及混凝沉淀的优点。

1 海绵铁处理印染废水机理的探讨^[3-4]

　　海绵铁处理印染废水机理与铁屑的处理机理相似，海绵铁是由铁和碳组成的合金，由纯铁和Fe3C及一些杂质组成。Fe3C及一些杂质以极小颗粒的形式分散在海绵铁内，由于它们的电极电位比铁低，当处在电解质溶液中时就形成无数个腐蚀微电池，在它的表面就有电流在成千上万个细小的电池内流动，铁作为阳极被腐蚀消耗，当体系中有宏观的阴极材料存在时，又可以形成宏观腐蚀电池。基本电极反应如下：
　　阳极过程：
　　Fe→Fe²⁺+2e E⁰(Fe²⁺/Fe)=-0.44V
　　阴极过程：
　　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
　　电极反应生成的Fe²⁺及进一步氧化成Fe³⁺及它们的水合物具有较强的吸附-絮凝活性，特别是在加碱调PH值后生成氢氧化亚铁和氢氧化铁胶体絮凝剂，它们的吸附能力远远高于一般药剂水解得到的氢氧化铁胶体，能大量吸附水中分散的微小颗粒，金属粒子及有机大分子。在中性或偏酸性的环境中，海绵铁本身及其产生的新生态[H]、Fe²⁺等与废水中的许多组分发生氧化还原反应。比如能破坏有色废水中的有色物质的发色基团或助色基团，甚至断链，可以脱色，降低CODcr提高可生化性，还可以氧化金属离子，降低其毒性。
　　另外，由于电池的电极周围存在电场效应，使溶液中的带电粒子在电场作用下作定向移动，附积到电极上，从而去除水中的污染物。

2 实验材料

　　海绵铁取自北京市某一铁粉厂，其组成及各项性能指标见表1。

表1 海绵铁的组成及各项性能指标 组成 含量 总铁含量/％ 96～97 金属铁含量/％ 大于90 碳及其它杂质含量/％ 3～4 密度/(g·cm^-3) 2.3～2.7 堆积密度/(g·cm^-3) 1.7～1.88 粒径/mm 0.5～3.0 外观 灰黑色有亮点，呈疏松的海绵状

3 实验结果及讨论

3.1 静态实验
　　取一定体积的毛纺厂废水，水质指标如表2所示，使其pH值在一定范围内变化，加入20g海绵铁，在恒温摇床中摇动，使废水与海绵铁表面充分接触一段时间后，静置沉淀，再过滤分离，对处理后的水质进行测定。海绵铁静态处理实验的各种实验因素和条件如表2所示。

表2 兰州某毛纺厂综合污水水质 分析项目 分析结果 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

　　图3和图4分别为静态试验时，脱色效果和CODcr的去除率在不同pH值条件下随时间的变化情况。由图可以看出在相同原水条件下，相同的实验时间，pH越低，处理效果越好，因此进水pH值较为敏感，对处理效果影响比较大，这与前面海绵铁处理印染废水的机理相符合。考虑到在实际运行中，运行费用及处理效果等因素，确定最佳处理条件：pH5.5，处理时间15min。

3.2 动态实验
　　在内径为15mm，长度为1600mm的有机玻璃管内装填海绵铁，海绵铁填料的有效装填高度为1200mm，废水从滤柱底部进入，保证废水与海绵铁接触时间是15min，处理后的水从过滤柱上部流出。处理后水的pH、CODcr和色度结果见表3。

表3 海绵铁动态实验结果 分析项目 分析结果 进水 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，印染废水经过海绵铁处理以后，CODcr的去除率为35％～42％，可以去除一部分CODcr，为后续的生物处理降低负荷；脱色率达到82.86％～97.09％。
3.3 海绵铁过滤对后续生化处理的影响
　　废水的生物处理通常采用BOD₅与CODcr的质量比来判断废水的可生化性。本实验用来进行可生化性研究的接种污泥取自兰州炼油厂生活污水处理系统的曝气池的混合液，经印染废水驯化10d左右，然后用此污泥接种测定从海绵铁滤柱出水的BOD₅，结果见表4。

表4 废水生化性实验结果 实验次数 处理后CODcr/(mg·L^-1) 处理后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

　　原水水质的m(BOD₅)/m(CODcr)在0.24～0.27的范围内变化，其值低于0.45，经过海绵铁预处理后，不仅去除了大部分色度，去除一部分CODcr，而且大大地提高了废水的可生化性，为废水进一步经生化处理达标，提供了保证。

4 结论

　　①海绵铁腐蚀电池法对印染废水的预处理是基于电化学吸附、氧化-还原、物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用的结果。
　　②海绵铁腐蚀电池法对印染废水的色度具有非常明显的去除效果，对CODcr也有一定的去除能力，并且提高了印染废水的可生化性，改善了后续生物处理效果。
　　③海绵铁腐蚀电池法简单，投资省，原料易得，且易工业化，是值得推广的染料废水预处理方法。

参考文献：
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[2]汪凯民，等．印染废水治理技术进展[J]．环境科学，1994，12(4)：62～67．
[3]李凤仙，等．腐蚀电池法处理印染废水[J]．化工环保，1995.1(3)：157～161．
[4]郝瑞霞，等．铁屑过滤法预处理可生化性差的印染废水[J]。化工环保，1999，19(3)：135～139．

作者简介：
张勇（1974～），男，山东宁阳人，助理工程师，学士学位，目前正攻读环境工程硕士学位，电话(0531)6606625。