張勇
（濟南市自來水公司，山東 濟南 250012）

　　摘要：研究了由精礦粉和氧化鐵磷加工而成的多孔性海綿鐵預處理印染廢水的性能。該方法是基于電化學、氧化-還原、物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用，有效地降低了印染廢水的色度和CODcr，色度去除率可達90％以上，CODcr去除率可達60％左右，并且提高了印染廢水的可生化性。
　　關鍵詞：海綿鐵；印染廢水；電化學；可生化性
　　中圖分類號：X703.5；X791
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：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

　　紡織印染行業生產過程產生大量的有色廢水，國內大多采用生化法處理，但是，生化法對色度和難降解有機物的去除效果并不十分理想，如原水的色度較高，要做到處理后出水水質全面達標，需要增加脫色處理工藝，采用傳統的印染廢水脫色方法（活性炭吸附、臭氧氧化、混凝沉淀等）能夠解決這一問題，但是處理費用比較高。
　　目前國內外采用鐵屑過濾法^[1-2]預處理色度高和可生化性差的印染廢水，在一定范圍內具有良好的處理效果，但是鐵屑由于是機械加工的廢料，比表面積比較小，處理能力較低，長期運行容易結塊，大大地限制了它在生產中的廣泛應用。
　　海綿鐵是一種新型的水處理材料，它是由精礦粉和氧化鐵磷經過研磨、磁選后再高溫燒結，然后冷卻、沖洗、破碎，再重新磁選和篩選得到的多孔狀顆粒物質。海錦鐵和鐵屑的微觀結構見圖1和圖2，由圖中可以看出海綿鐵具有比鐵屑高的比表面積，由于比表面積的增大，使海綿鐵具有更強的電化學吸附、氧化-還原、物理吸附、以及混凝沉淀的優點。

1 海綿鐵處理印染廢水機理的探討^[3-4]

　　海綿鐵處理印染廢水機理與鐵屑的處理機理相似，海綿鐵是由鐵和碳組成的合金，由純鐵和Fe3C及一些雜質組成。Fe3C及一些雜質以極小顆粒的形式分散在海綿鐵內，由于它們的電極電位比鐵低，當處在電解質溶液中時就形成無數個腐蝕微電池，在它的表面就有電流在成千上萬個細小的電池內流動，鐵作為陽極被腐蝕消耗，當體系中有宏觀的陰極材料存在時，又可以形成宏觀腐蝕電池。基本電極反應如下：
　　陽極過程：
　　Fe→Fe²⁺+2e E⁰(Fe²⁺/Fe)=-0.44V
　　陰極過程：
　　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
　　電極反應生成的Fe²⁺及進一步氧化成Fe³⁺及它們的水合物具有較強的吸附-絮凝活性，特別是在加堿調PH值后生成氫氧化亞鐵和氫氧化鐵膠體絮凝劑，它們的吸附能力遠遠高于一般藥劑水解得到的氫氧化鐵膠體，能大量吸附水中分散的微小顆粒，金屬粒子及有機大分子。在中性或偏酸性的環境中，海綿鐵本身及其產生的新生態[H]、Fe²⁺等與廢水中的許多組分發生氧化還原反應。比如能破壞有色廢水中的有色物質的發色基團或助色基團，甚至斷鏈，可以脫色，降低CODcr提高可生化性，還可以氧化金屬離子，降低其毒性。
　　另外，由于電池的電極周圍存在電場效應，使溶液中的帶電粒子在電場作用下作定向移動，附積到電極上，從而去除水中的污染物。

2 實驗材料

　　海綿鐵取自北京市某一鐵粉廠，其組成及各項性能指標見表1。

表1 海綿鐵的組成及各項性能指標 組成 含量 總鐵含量/％ 96～97 金屬鐵含量/％ 大于90 碳及其它雜質含量/％ 3～4 密度/(g·cm^-3) 2.3～2.7 堆積密度/(g·cm^-3) 1.7～1.88 粒徑/mm 0.5～3.0 外觀 灰黑色有亮點，呈疏松的海綿狀

3 實驗結果及討論

3.1 靜態實驗
　　取一定體積的毛紡廠廢水，水質指標如表2所示，使其pH值在一定范圍內變化，加入20g海綿鐵，在恒溫搖床中搖動，使廢水與海綿鐵表面充分接觸一段時間后，靜置沉淀，再過濾分離，對處理后的水質進行測定。海綿鐵靜態處理實驗的各種實驗因素和條件如表2所示。

表2 蘭州某毛紡廠綜合污水水質 分析項目 分析結果 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

　　圖3和圖4分別為靜態試驗時，脫色效果和CODcr的去除率在不同pH值條件下隨時間的變化情況。由圖可以看出在相同原水條件下，相同的實驗時間，pH越低，處理效果越好，因此進水pH值較為敏感，對處理效果影響比較大，這與前面海綿鐵處理印染廢水的機理相符合。考慮到在實際運行中，運行費用及處理效果等因素，確定最佳處理條件：pH5.5，處理時間15min。

3.2 動態實驗
　　在內徑為15mm，長度為1600mm的有機玻璃管內裝填海綿鐵，海綿鐵填料的有效裝填高度為1200mm，廢水從濾柱底部進入，保證廢水與海綿鐵接觸時間是15min，處理后的水從過濾柱上部流出。處理后水的pH、CODcr和色度結果見表3。

表3 海綿鐵動態實驗結果 分析項目 分析結果 進水 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，印染廢水經過海綿鐵處理以后，CODcr的去除率為35％～42％，可以去除一部分CODcr，為后續的生物處理降低負荷；脫色率達到82.86％～97.09％。
3.3 海綿鐵過濾對后續生化處理的影響
　　廢水的生物處理通常采用BOD₅與CODcr的質量比來判斷廢水的可生化性。本實驗用來進行可生化性研究的接種污泥取自蘭州煉油廠生活污水處理系統的曝氣池的混合液，經印染廢水馴化10d左右，然后用此污泥接種測定從海綿鐵濾柱出水的BOD₅，結果見表4。

表4 廢水生化性實驗結果 實驗次數 處理后CODcr/(mg·L^-1) 處理后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

　　原水水質的m(BOD₅)/m(CODcr)在0.24～0.27的范圍內變化，其值低于0.45，經過海綿鐵預處理后，不僅去除了大部分色度，去除一部分CODcr，而且大大地提高了廢水的可生化性，為廢水進一步經生化處理達標，提供了保證。

4 結論

　　①海綿鐵腐蝕電池法對印染廢水的預處理是基于電化學吸附、氧化-還原、物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用的結果。
　　②海綿鐵腐蝕電池法對印染廢水的色度具有非常明顯的去除效果，對CODcr也有一定的去除能力，并且提高了印染廢水的可生化性，改善了后續生物處理效果。
　　③海綿鐵腐蝕電池法簡單，投資省，原料易得，且易工業化，是值得推廣的染料廢水預處理方法。

參考文獻：
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[2]汪凱民，等．印染廢水治理技術進展[J]．環境科學，1994，12(4)：62～67．
[3]李鳳仙，等．腐蝕電池法處理印染廢水[J]．化工環保，1995.1(3)：157～161．
[4]郝瑞霞，等．鐵屑過濾法預處理可生化性差的印染廢水[J]。化工環保，1999，19(3)：135～139．

作者簡介：
張勇（1974～），男，山東寧陽人，助理工程師，學士學位，目前正攻讀環境工程碩士學位，電話(0531)6606625。