雍文彬, 　孙彦富, 　陈震华, 　何灿林

摘　要: 　介绍了采用部分微电解法处理碱性印染废水所进行的试验。结果表明: ①当进水COD 为257 mg/ L 、色度为200 倍时,出水COD (80 mg/ L) 和色度(30 倍) 均达到《污水综合排放标准》的一级标准; ②当进水COD 为1 685 mg/ L 、色度为800 倍时, COD 和色度的去除率分别为62. 4 %和95 %。该工艺运行成本比全部电解法低20 %～50 % ,可节省基建费用20 %以上,其处理效果明显优于普通混凝法。

　铁屑微电解法在我国已有10 多年的历史,目前已广泛运用于印染、制药、洗涤剂等废水的前处理,其原理已有大量报道[1～6 ] 。铁屑微电解需在酸性(pH < 6) 溶液中才能顺利进行,微电解前需向废水中投酸调pH 值至3. 5～6 ,电解后又要投碱以促其形成氢氧化铁沉淀。当废水的碱性较强时,用该方法处理则因酸耗过大、成本太高而无法实现,而采用常规药剂进行混凝处理又难以取得较好的效果,因而提出了部分微电解法,即只需将部分碱性废水投酸后通过微电解反应柱,其出水(pH 值接近6) 与一定比例的原水(pH > 9) 混合,调整该比例使混合的pH = 7. 5～8 ,此时微电解产生的新生态Fe2 + 、Fe3 + 形成Fe (OH) 2 和Fe (OH) 3 凝聚剂,其具有良好的吸附和凝聚性能,能有效去除废水中的COD 和色度。虽然部分微电解法需将废水的pH 值调至更低,但其总酸耗小于全部微电解法的酸耗(因为有很大一部分废水不通过微电解反应柱,无需投酸) ,而且电解后不用再投碱调节pH 值而节省了碱耗。

1 　试验内容和方法

1、1 　废水来源与水质

废水a : 取自中山市某印染厂,其COD 为257mg/L 、色度为200 倍、pH = 10 ,其中含有多种活性染料(活性大红、活性黑) 、色粉、烧碱和纯碱。

废水b : 取自中山市某印染厂, 其COD 为1 684. 6 mg/ L 、色度为800 倍、pH = 10. 4 ,其中含有多种活性染料、硫化染料(硫化红棕、硫化黑膏、硫化深蓝3R 等) 、色粉AS、碱剂等。

1、2 　工艺流程

部分微电解法处理碱性印染废水的工艺流程如图1 所示。

铁、炭微电解反应柱高为1 200 mm ,内径为130mm ,内装1∶1 的焦炭和铸铁屑填料,试验前用1 %的稀硫酸浸泡并用清水洗涤。

调节计量泵2 使废水在微电解反应柱中停留40 min ,用硫酸调节废水的pH 值,记录硫酸用量,并测定电解出水的含Fe 量;再调节计量泵1 的流量使沉淀池中废水的含Fe 量为100 mg/ L ,记录此时通过电解反应柱的废水所占的比例,并用NaOH 溶液或H2SO4 溶液调pH 值到8 ,沉淀后取上清液进行分析。然后改变pH 值和电解处理废水所占的比例,重复上述试验,可得到一定条件下不同比例废水在微电解时的COD 和色度去除率、酸耗、碱耗。

1、3 　测定方法

COD : 重铬酸钾法; 色度: 稀释倍数法; pH:PHS —52C 型酸度计;Fe :原子吸收分光光度法。

2 　结果与讨论

2、1 　处理效果与酸碱费用的关系

用废水a 作试验,调节其初始pH 值,在微电解反应柱内停留时间为40 min ,测定出水含Fe 量。加入一定比例的原水混合后使总Fe 含量均为100 mg/L ,测定出水水质,并记录不同电解比例时的酸耗和碱耗,即可得出运行中所需酸碱药剂的费用。通过上述试验得到部分微电解法的电解比例与处理效果的关系(见表1) 。

　从表1 可以看出, COD 与色度的去除率随电解比例的减小而降低。当混凝过程中起决定作用的Fe 含量控制在100 mg/ L 时, COD 与色度的降解率随电解比例的减小而降低,这充分说明微电解过程提高了COD 和色度的降解率。废水通过微电解反应柱时,微电池阴极产生的新生态[ H]容易与废水中的染料发生还原反应,破坏染料的发色基团(去除色度) 。该氧化还原反应还可能使某些可溶污染物沉淀,使胶体脱稳,借以改善废水中悬浮物的沉淀性能。所以在运行成本允许的情况下,应尽可能采用全部微电解法以提高处理效果。

对于废水a ,经部分或全部微电解处理的出水均可达到《污水综合排放标准》( GB 8978 —1996) 的一级标准,但其酸碱费用却相差甚远。全部电解时,酸碱费用为0. 79 元/ m3 ;当电解比例为43. 6 %时,酸碱费用只需0. 38 元/ t ,相当于全部电解时的1/ 2 ;当电解比例下降到29. 1 %时,酸碱费用只有全部电解时的1/ 3。微电解比例与所需酸碱药剂费用的关系见图2。

图2 直观地显示了酸耗和碱耗随电解比例的变化关系。当电解比例> 30 %时,酸耗和碱耗的总和随电解比例的减小急剧减小;而电解比例< 30 %后,酸耗和碱耗的总和随电解比例的减小变化不大。所以电解比例不宜低于30 %。

2、2 　微电解法与普通混凝法的处理效果对比

对同一废水在相同的条件下用聚铁和聚铝作混凝对比试验,改变聚铁和聚铝的用量,取其最佳处理效果与微电解试验结果进行比较。对废水a 的处理结果如表2 所示。

就废水a 而言,微电解法对COD 和色度的去除效果明显优于相同条件下聚铁和聚铝的混凝效果。从表2 可以看出,经聚铁和聚铝混凝处理后出水的COD 和色度均高于GB 8978 —1996 的一级标准,仍需后续处理; 而通过部分微电解处理后, 出水的COD 和色度都达到GB 8978 —1996 的一级标准,无需后续处理。
对废水b 的处理效果见表3。

对废水b 而言,微电解法对COD 和色度去除效果同样明显优于相同条件下聚铁和聚铝的混凝效果。

综上可知,无论是高浓度还是低浓度印染废水,部分微电解法对其COD 的去除率均比常规混凝法高20 %以上,色度去除率高10 %以上。对于低浓度废水,部分微电解法无需后续工艺处理即可达标。由此可见,部分微电解法的处理效果显著优于常规混凝法,这是因为在微电解过程中,阴极反应生成的新生态[ H]与废水中许多组分发生氧化还原反应,破坏了染料分子中的发色和助色基团,达到脱色目的;另一方面由于微电解过程中产生的新生态Fe2 +(和Fe3 + ) 在微碱性条件下生成的Fe (OH) 2 或Fe(OH) 3 是胶体絮凝剂,比铁或铝盐水解生成的絮凝剂的吸附能力强,能更有效地吸附、凝聚溶液中的悬浮物。

2、3 　工艺参数的确定

部分微电解法主要工艺参数包括电解比例、初始pH 值和停留时间。电解比例和初始pH 值由废水pH 值及其缓冲能力和处理所要达到的效果共同决定。本试验中对于废水a 的电解比例确定为1/ 3 ,pH 值控制在2. 5 ,停留时间以40 min 为宜。

3 　结论

①　对于低浓度碱性印染废水,部分微电解法能使COD 和色度达到《污水综合排放标准》( GB8978 —1996) 的一级标准,无需后续处理。

②　部分微电解法产生的新生态Fe2 + 所形成的Fe (OH) 2 具有良好的絮凝效果,能有效去除废水中的COD 和色度, 其去除率分别比常规混凝法高20 %和10 %以上。

③　利用部分微电解法处理碱性印染废水的效果略低于全部微电解法, 但前者可减少酸耗约50 %、无需耗碱、可节省酸、碱总费用的60 %。若加上铁耗和电耗,则总运行费用可减少20 %～50 %。同时,采用部分微电解法的反应器体积可缩小2/ 3 ,基建费用可减少20 %以上。