[摘要] 染料廢水具有“三高一低”的特點（高COD、高色度、高含鹽量、低BOD5/COD），是廢水治理的難點熱點之一。在前期研究的工藝（混凝、氣浮、水解酸化、好氧）基礎上采用Fe/C 微電解系統處理好氧池出水。結果表明：在pH 為3.5，鐵炭比1∶1.2，反應時間35 min 的條件下，COD 和色度的去除率分別穩定在80%和85%以上，出水中COD在60 mg/L 以下，色度在42度以下，達到《GB 4287—1992 紡織染整工業污染物排放標準》一級標準。
[關鍵詞] 染料廢水；Fe/C 微電解；混凝
目前，染料化工是國家重點監控的行業之一，其廢水治理也是國家重點支持的領域之一（國科發火[2008]172 號），也是水處理界的難點之一。安徽某染料化工廠生產過程中產生的染料綜合廢水具有高COD、高色度、高含鹽量、低BOD5/COD 的特性。若染料廢水不經處理而直接排放到水環境中，危害甚大。
筆者在前期工程的基礎上，針對好氧池出水COD 和色度仍不達標的問題，提出了用Fe/C 微電解技術做深度處理，提高出水水質，使其達到《GB4287—1992 紡織染整工業污染物排放標準》。
1 工藝說明
1.1 廢水來源及水質情況
安徽某染料化工公司是一家民營制企業，以生產高檔酸性染料、中性染料、媒介染料和染料中間體等產品為主，生產過程中產生的染料廢水為高COD（10 000 mg/L）、高色度（12 000度）、高含鹽量（9 000mg/L）、低BOD5/COD（0.15 左右）。經過混凝—氣浮—水解酸化—好氧工藝處理后，好氧池出水COD300mg/L，色度280度。
1.2 廢水處理工藝
1.2.1廢水處理工藝流程
廢水處理工藝流程如圖1 所示。
圖1 染料廢水處理工藝流程
1.2.2 Fe/C 微電解工藝
實驗中使用的Fe/C 微電解裝置示意圖如圖2 所示。該裝置由杭州之江水處理設備廠生產。
廢水由進水箱經水泵提升流量計控制進入混合池，濃酸經蠕動泵泵入進水管在混合池調節進水的pH。之后廢水進入鐵炭池，在鐵炭原電池電化學反應作用下，廢水中的污染物質被降解。處理完畢的廢水進入沉淀池進行固液分離，上清液經沉淀池溢流口流出，完成整個處理過程。
圖2 Fe/C 微電解裝置示意
1.3 測定方法
色度測定：用UV-1201型紫外-可見分光光度計掃描好氧池出水，其最大吸收波長為219 nm，在該波長下測定經Fe/C 微電解處理前后的吸光度。脫色率R 由式（1）計算：
R＝（1-A/A0）×100% （1）
式中：A0——處理前吸光度；
A——處理后吸光度。
COD 測定〔11〕：重鉻酸鉀法GB 11914—1989。
2 結果與分析
2.1 pH對Fe/C 微電解系統處理效果的影響
由Fe/C 微電解基本原理可知，參加原電池反應的離子數目及產物因pH 變化而變化：pH 較高時，參加反應的H+數目不足，Fe 被氧化成Fe2+的反應受到抑制；pH 較低時，雖可加快Fe/C 微電解反應，但破壞了Fe2+為膠凝中心的絮凝體的形成，且耗鐵量大、產生鐵泥多。因此，應將Fe/C 微電解反應控制在一個合適的pH 范圍內。
由圖3 可知，pH 對Fe/C 微電解反應有較大的影響。pH太低，鐵屑易鈍化而活性降低，從而影響COD 和色度的去除；COD 在pH 為3.5 時，去除率達到最大為74.5%，廢水中剩余COD 為76.5 mg/L；色度在pH 為3 時，去除率達到最大為86.2%，出水色度為38.6度；色度、COD 的去除率沒有同步在相同pH條件下達到最大，表明廢水中存在一些不產生色度的有機污染物。當pH 繼續增大，色度、COD 的去除率逐漸下降，COD 下降較為明顯。當pH 提高到5.5時，COD 去除率降至48.3%，而色度去除率下降并不顯著，為79.7%。因此在Fe/C 微電解處理染料廢水時最佳pH 應調為3.5 左右。
圖3 pH 對Fe/C 微電解系統處理效果的影響
2.2 鐵炭比對Fe/C 微電解系統處理效果的影響
當Fe/C 微電解系統中鐵屑含量低時，增加鐵屑，可使體系中的原電池數量增多，從而提高對COD 和色度的去除效果；當炭屑過量時，反而會抑制原電池的反應，更多表現為炭的吸附性，因此應保持一個適當的鐵炭比。
圖4 鐵炭比對Fe/C 微電解系統處理效果的影響
由圖4 可知，鐵炭比對Fe/C 微電解系統處理COD 和色度有一定的影響。當將鐵炭比控制在1∶1.2時，COD 的去除率最高，可達81.6%，出水COD 為55.2 mg/L；色度去除率為87.3%，出水色度為35.56度。當鐵炭比大于或小于1∶1.2 時，原電池數量不足，影響COD 和色度的去除，尤其COD 去除率下降較為明顯，當鐵炭比為1∶2.0 時，COD 去除率降至64.7%，但色度去除率仍可保持在75%以上。
2.3 反應時間對Fe/C 微電解系統處理效果的影響
由Fe/C 微電解的反應機理可知，反應時間越長，氧化還原等作用也進行得越徹底。但到達一定時間后反應基本停止。反應時間過長將使基建投資增大，而且會使鐵的消耗量增加，因此要選擇合適的反應時間。
由圖5 可知，反應時間對微電解反應有一定的影響。當反應時間控制在35 min 時，COD 和色度的去除率達到最大值，COD 去除率為83.4%，出水COD 為49.8 mg/L，色度去除率為88.3%，出水色度為32.76度。隨著反應時間的延長，COD 和色度去除率均有下降，色度去除率下降更為明顯，當反應時間為65 min 時，色度去除率降至73.9%，出水色度73.08度，不能達標，可見反應時間延長時，鐵的消耗量增加，溶出大量的Fe2+，并氧化成有色的Fe3+，降低了廢水的脫色效果。
圖5 反應時間對Fe/C 微電解系統處理效果的影響
2.4 最佳工藝條件下Fe/C 微電解系統處理效果穩定性實驗
通過以上實驗，確定最佳工藝參數：pH 為3.5，鐵炭比1∶1.2，反應時間35 min。在此工藝條件下，通入好氧池出水到Fe/C 微電解系統中，經過10 d 的運行觀察，COD 和色度的去除率分別穩定在80%以上和85%以上，出水中COD 在60 mg/L 以下，色度在42度以下，達到了GB 4287—1992《紡織染整工業污染物排放標準》一級標準。
2.5 Fe/C 微電解系統反應機理分析
Fe/C 微電解法處理染料廢水是絮凝、吸附、電沉淀、電化學還原等共同作用的結果。Fe/C 微電解法的反應機理主要包括：電化學作用、還原作用、絮凝作用、吸附作用〔12-13〕。
2.5.1電化學作用
Fe/C微電解法的基本原理是利用鐵和炭組分構成微小原電池的正極和負極，以充入的污水為電解質原液，形成原電池，發生氧化-還原反應。新生態的電極產物活性極高，能與廢水中的有機污染物發生氧化還原反應，使其結構、形態發生變化，完成由難處理到易處理、由有色到無色的轉變。
2.5.2還原作用
在微電解中Fe/C 會發生如下反應：
陽極（Fe）：
2Fe→2Fe2++4e Eθ（Fe2+、Fe）=0.44 V
陰極（C）：
4H++4e→4[H]→2H2 Eθ（H+、H2）=0
當水中有溶解氧時，
O2+2H2+4e→4OH-
Fe/C微電解系統中正、負極生成的電極產物具有較高的還原性，在偏酸性條件下，電極反應產生的[H]和Fe2+可將：（1）大分子有機物轉化為小分子有機物；（2）環狀有機物斷環；（3）發色基團(如：—N—N—，—N—O—等)斷鏈，從而達到降低COD 和脫色的目的。
2.5.3鐵離子的絮凝作用
隨著Fe/C 微電解系統的運行，原料鐵屑逐漸被消耗，由大顆粒變成細小顆粒而隨水流失，因此為確保系統正常運行，需定期投加鐵屑。在鐵的消耗過程中，產生大量的Fe2+，有溶解氧的條件下,發生反應：
4Fe2++8OH-+O2↑+2H2O=4Fe（OH）3↓
當調節Fe/C 微電解系統出水pH 到偏堿性時，生成較多的、有較強的混凝吸附作用的Fe（OH）3絮凝物，可使廢水中膠體物質絮凝沉淀，進一步降低廢水的COD和色度。具體參見http://m.dongaorq.cn更多相關技術文檔。
3 結論
（1）Fe/C 微電解系統能深度處理染料廢水，且投資和運行費用低。
（2）Fe/C 微電解系統最佳工藝參數：pH 為3.5，鐵炭比1∶1.2，反應時間35 min。在此工藝條件下，COD 和色度的去除率分別穩定在80%以上和85%以上，出水中COD 在60 mg/L 以下，色度在42度以下，達到了GB 4287—1992 《紡織染整工業污染物排放標準》一級標準。
（3）在以后的實驗中應考慮采用其他的物質如廢剛玉粉末取代活性炭，可進一步降低成本，不僅能有效地處理高色度、難降解的染料廢水，而且可以達到以廢治廢的目的。
[參考文獻]
[1] 聶錦旭，劉汨，劉立凡. 微波強化改性膨潤土對活性染料廢水的脫色研究[J]. 工業水處理，2011，31（4）：50-52.
[2] 趙玉華，蒼曉藝，趙首權，等. 直流電和交流電凝聚法處理偶氮染料廢水的對比研究[J]. 沈陽建筑大學學報：自然科學版，2011，27（1）：125-129.
[3] 史玲，董社英，柏世厚，等. 常溫常壓催化濕式氧化降解偶氮染料廢水的研究[J]. 環境工程學報，2011，5（6）：1325-1328.
[4] 任健，馬宏瑞，周杰，等. 不同高級氧化體系處理染料廢水的效果研究[J]. 水處理技術，2011，37（4）：60-63.
[5] 盧啟增，徐東彥，盧鵬，等. 微波誘導Cu 基催化劑催化H2O2氧化降解甲基橙模擬染料廢水[J]. 青島科技大學學報：自然科學版，2011，32（1）：55-58.
[6] 宋智，申澤星，王飛羽，等. 微電解催化處理染料廢水研究[J]. 昆明理工大學學報，2007，32（4）：83-85.
[7] 楊波，謝輝，周鵬. 間接陽極氧化處理活性黑5 模擬染料廢水的研究[J]. 環境工程學報，2011，5（5）：1091-1095.
[8] 相欣奕，鄭懷禮. Fenton 反應處理染料廢水研究進展[J]. 重慶建筑大學學報，2004，26（4）：127-130.
[9] 湯心虎，甘復興，喬淑玉. 鐵屑腐蝕電池在工業廢水治理中的應用[J]. 工業水處理，1998，18（6）：42-46.
[10] 胡俊生，李越，郝苓汀. 支持電解質對酸性大紅染料廢水電解的影響[J]. 水處理技術，2011，37（4）：80-83.
[11] 國家環保局. 水和廢水監測分析方法[M]. 北京：中國環境科學出版社，2002：211-281.
[12] 許云峰，徐云蘭，曾立云. 微電解法處理染料廢水[J]. 工業科技，2004，33（2）：67-68.
[13] 任健，王立璇，馬宏瑞，等. 鐵炭-混凝沉淀-生化處理強酸性染料廢水的中試研究[J]. 環境工程學報，2011，5（9）：1999-2004.
[作者簡介] 鄒海明（1977-），講師，在讀博士。(工業水處理)
