（环境工程专业论文）强化铁炭微电解技术在印染废水深度处理中的应用研究.pdf

苏州科技学院硕十学位论文摘要 摘要 铁炭微电解技术具有投资少、成本低廉、操作维护方便、工艺简单、去除效果好等 优点。本文用h 2 0 2 强化的铁炭微电解技术对吴江新达印染厂0 工艺二级生物出水进行 深度处理研究。设计了升流式、铁炭固定床微电解反应器，填料为活性炭和苏州市铁路 机械学校金工实习厂的废旧铁屑。在进水中加入适量的h 2 0 2 与电解产生的f e 2 + 形成 f e n t 叽试剂，既有效利用了微电解产生的f e 2 + ，又大大提高了c o d 的去除率；此外，铁 炭微电解对色度具有非常好的去除能力，该工艺对印染废水深度处理具有较强的优势， 迄今为止，铁炭微电解一f e n t o n 试剂联合氧化技术深度处理印染废水并使之回用于印染工 艺上的研究国内外尚未见报道。此研究既符合我国节能减排、废弃物资源化利用的要求， 也是经济社会可持续发展的需求；而且以废旧铁屑为填料，以废治废，具有较强的创新 性和较深远的经济效益和实用价值。 通过研究，本文得出以下结论： 1 、各因素对c o d 去除率影响程度的大小为：p h 铁炭体积比 h 2 0 2 水力停留时间； 最佳反应条件：p h 值为2 3 ，铁炭体积比为l ：l ， h 2 0 2 为3 2 1 1 1 1 l ，水力停留时间 为9 0 m i n 。最佳反应条件下的c o d 去除率可达9 0 以上、色度降为3 、盐度为 1 0 0 0 m l 。 2 、当进水p h 值太低时出水含有大量的f e 2 + ，当有氧气或h 2 0 2 存在时，易被氧化为f e 3 + 进而形成大量的f e ( o h ) 3 絮体，堵塞填料；进水p h 值过高，电极反应缓慢，c o d 去 除率不高。当p h 值为2 3 时c o d 去除率最高。铁炭体积比过大会容易引起铁炭填料 的板结，体积比为l ：l 去除率最高； 3 、h 2 0 2 加入量过少形成的f e m o n 试剂氧化能力较弱，而过多的h 2 0 2 会将f e 2 + 氧化为 f e ”，也不能发挥f e n t o n 试剂的氧化作用；随着水力停留时间的增加，c o d 去除率也 随之增加，超过9 0 m i n 后，c o d 去除率提高并不明显，反而会造成f e 3 + 和f e 2 + 的积 累。 4 、周期性的曝气( 2 0 s ) ，曝气量为o 1 m 3 m 时，运行效果最好；h 2 0 2 一铁炭微电解反应 对h 2 0 2 利用较为彻底，对c o d 去除率超过了单纯的h 2 0 2 或f e n t o n 试剂与单纯的铁 炭微电解对c o d 去除率之和。 5 、升流式、铁炭固定床微电解反应器最大水处理量为5 l 1 1 ，反冲洗周期为1 2 d ，更换填 料周期为4 8 d 。处理成本最低为1 4 元t 。 6 、对实验数据进行了线性回归分析，得到了该技术用于印染废水深度处理的数学模型， 能够直接指导生产。 关键词：强化铁炭微电解，印染废水，深度处理 a b s t r a c t i r o n 。c a r b o nm i c r o e l e c t r o l y s i st e c h n o l o g yh a sa d v a i l t a g e so fl o w i n v e s t m e n t ，l o wc o s t s ， c o n v e n i e n to p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c e ，h i 曲e m c i e n c y 。 i nt h i sp a t e r ，t h e 咖d yf o c u so nt h ei r o nc a 小o nm i c r o - e l e c t r o l y s i st e c h n o l o g yi m p r o v e d b yh 2 0 2 ，w l l i c hw a sa p p l i e di nt h ea d v a n c e dt r e a t m e n tt ot h es e c o n d a 眄b i o l o g i c a le m u e n tt r e 。a t e db ya op r o c e s sf r o mx i n d ap r i n t i n ga n dd y e i n gf a c t o r y t h eu p n o w ，f i x e d b e di r o n c a r b o nm i c r 0 。e l e c t r o l y s i sr e a c t o rw a s d e s i g n e d ，a n dt h ef i l l e rw a sw a s t ei r o nf i l i n g sf r o mm e t a l 。w o r i n gp r a c t i c ep l a l l to fs u z h o ur a i l w a ym e c h a n i c a ls c h o o la n da c t i v a t e dc a r b o n f e n t o n r e a g e n t sw a sc o m p o s e do f 印p r o p r i a t e 锄o u n to fh 2 0 2a d d e di nt h ei n n u e n ta n df e 2 + g e n e r a t e d b ye l e c t r o l y s i s f e 什w a se f r e c t i v eu s e d t h ec o dr e m o v a lr a t ew a se n h a n c e dt o o ：i i la d d i t i o n n i ei r o n c a r b o nm i c r o 。e l e c t r o l y s i sh a da v e 巧g o o dc o l o r i t ) ，r e m o v a lc 印a c i t ya l l dt h ep r o c e s s u s e dt oa d v a n c e dt r e a t m e n tt op r i n t i n ga n d d y e i n gw a s t e w a t e rh a sas t r o n ga d v a n t a g e s o 俯 r e s e a r c ho f u n i t e do x i d a t i o nt e c l l i l o l o g yo fi r o n c a r b o nm i c r o e l e c t r o l y s i s f e n t o nr e a g e n tu s e dt o t l l ea d v a n c e dt r e a t m e n tt h eo f p r i n t i n ga n dd y e i n g 、v a s t e w a t e rt r e a t m e ma n dr e u s et op r o d u c t i o n t h a th a v en o tb e e nr e p o r t e da th o m ea n da b r o a d t h i ss t u d yw a s c o n s i s t e m 、) r i t l lt h en o to l l l y p o l i c yr e q u i r e m e n t so fe n e r g y - s a v i n ga 1 1 de m i s s i o nr e d u c t i o na i l dw a s t eu t i l i z a t i o nb u ta l s 0t h e n o e d so fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f e c o n o m i ca n ds o c i a l ；t h et e c h n o l o g yu s e dw a s t e i f o n 矗l i n g st ot r e a tw a s t e r 啪t e r ，c o n t a j n e das t r o n gi f u l o v a t i v ea i l dm o r e 陆r e a c h i n ge c o n o m i ca n d p r a c t j c a lv a l u e t h em a i nr e s u l t so ft h i sr e s e a r c hw e r ea sf o l l o w s ： 1t h ed e g r e eo ft 1 1 ef a c t o r sj m p a c t i n go nt h er e m o v a lo fc o d i s ：p h i r o n c a r b o nv o l u m e r a t i o 【h 2 0 2 】 h r t ；1 1 1 eb e s tr e a c t i o nc o n d i t i o n si s ：p hv a l u e2 3 ，i r o nc a r b o nv o 】u m er a t i o 1 ：1 ，【h 2 0 2 】3 2 m l l ，h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e9 0 m i n i i lo p t i m u mr e a c t i o nc o n d i t i o n s ，t h e r e m o v a lr a t eo fc o d r e a c h e d9 0 ，t l l ec h r o m a3 ，s a l i n i t y10 0 0 m g l 2w h e nt h ei n f l u e n tp hv a l u ei st o ol o w ，t h ew a t e rc o n t a i n sm u c hf e 2 + ；w h e nt h ew a s e r w a e r e x i s t so x y g e no rh 2 0 2 ，f e 2 + w o u l db ee a s i l yo x i d i z e di n t of e 3 + a n dt h e nt u m e di n t of e ( o h ) 3 f l o c s f e ( o h ) 3n o c sw i l lf i l lt h ep l u g ；i fi n n u e n tp hv a l u ei st o oh i g h ，e l e c t r o d er e a c t i o nw i l l b es l o wa i l dc o dr e m o v a lr a t ei sn o th i 曲w h e nt h ep hv a l u ei s2 3 ；c o dr e m o v a lr a t e r e a c h e st h eh i g h e s t ；l a r g ei r o nc a r b o nv 0 1 u m er a t i ow i l le a s i l yl e a dt oi r o nc a r b o nf i l l e r h a r d e n i n g ，t h ev o l 啪er a t i oo fl ：1i sa p p r o p r i a t e ； 3f e n t o nr e a g e n to x i d a t i o nc a p a c i t ) ，w i l lb ew e a k e n e di fh 2 0 2d e s o a g ei ss m a l l ，a n dt o om u c h h 2 0 2w i uo x i d a t ef e z + g e n e r a t e db ye l e c t r o l y s i sr e a c t i o ni n t of e 3 + ，c a i l te x e r to x y g e n i z e m e i i - n to ff e n t o nr e a g e n te i t h e r ；w i t ht h ei n c r e a s ei nh y d r a u “cr e t e n t i o nt i m e ，c o d r e m o v a lr a t e a l s oj n c r e a s e s w h e nt h er e a c t j o nt j m ei sm o r et h a n9 0 m i n ，c o d r e m o v a lr a t ed o e sn o t i i n p r o v es i g n i f j c a n t b b u tw i l lr e s u l ti nf e 3 + a n df e 2 + a c c u m u l a t i o n 4c y c l i c a la e r a t i o n ( 2 0 s ) ，a i l dt h ea e r a t i o nc a p a c i t yo f0 1m 3 ml e a d s t ot h eg o o dr u 皿j n g 。h 2 0 2i s u s e dm o r et h o r o u g h l yb yh 2 0 2 一f e c a r b o nm i c r o - e l e c t r o l y s i sr e a c t i o n a n dt h ec o d r e m o v a l f a t ei sm o r et h a l lt h es u mo f p u r eh 2 0 2o rf e n t o nr e a g e n t sa n dp u r ei r o n c a r b o nm i c r o e l e c 一们1 y s i s 5u p n o w ，f i x e d b e di r o nc a r b o n m i c r o e l e c t r o l y s i sr e a c t o rw a sd e s i g n e d ，a i l dm el a r g e s t 蚀a t m e n tc a p a c 毋o fm er e a c t o rw a s5 l 屈，b a c k 、张s hc y c l ew a st h e12 d ，t h er e p l a c e m e n t c y c l eo ff i l l i n gm a t e r i a l s 、v a s4 8d a y s t h el o w e s tc o s ti sa b o u t1 4r m b t ，a n dt h et e c h n i q u e h a sas t m n ge c o n o m i cv i a b i l i 戗 k e yw o r d s ：f o n i f i e di r o nc 讪o nm i c r 0 - e l e c 仃0 1 y s i s ，a d v a n c e dt r e a t m e n t ，p r i n t i n ga n d d y e i n g w a s t e w a t e r i i i 苏州科技学院学位论文独创性声明和使用授权书 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 学位论文使用授权书 只期：2 堕年月上日 苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文的复 印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于收集、保 存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本：学 校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用 影印、缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文：同意学校在不以赢利为目的 的前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者虢戛钟 指导教师签瘩，旁 r 期：丝年五月上f 1 秤同期：2 1 7 r 年6 月 -f 苏州科技学院硕卜学伊论文 第一章绪论 第一章绪论 我国是一个干旱缺水严重的国家。人均淡水资源只有2 3 0 0 立方米，在世界上名列1 2 l 位，是全球1 3 个人均水资源最贫乏的国家之一。 到2 0 世纪末，全国6 0 0 多座城市中，已有4 0 0 多个城市存在供水不足问题，其中比较 严重的缺水城市达1 1 0 个，全国城市缺水总量为6 0 亿立方米。 据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年加重的 趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾， 对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到城市居民的饮水安 全和人民群众的健康。为了实现水资源的可持续性利用，对生产和生活用水进行深度处理 后进行回用是当前缓解我国水资源危机的必然要求。 随着我国工业化的快速发展，因工业废水造成的环境问题和淡水资源的耗费越来越被 人们所关注，据预测，工业废水占总污水量的7 0 以上【l j 。其中印染行业一直是耗水大户， 每公斤产品耗水量在o 2 0 5 m 3 【2 】之间，生产过程中会产生大量的废水，约占整个工业废水 的3 5 ，且这些废水大多经过二级处理后直接排放，造成企业在生产过程中需要为消耗的 生产用水不断投入一定比例的资金以维持生产的正常运行，无形中增加了产品的生产成本。 因此，如何对印染废水的二级出水进行深度处理并回用到生产中成为各国环保工作研究的 热点。 尽管目前国内外在这方面研究较多，提出多种处理技术，但在实际应用中有的处理效 率不高，有的工艺过于复杂，甚至有的产生二次污染，达不到全面净化污水的目的。目前 传统的处理方法处理工序繁多且效果并不理想，而且成本较高。为此我们提出运用强化的 铁炭微电解技术对印染废水进行深度处理的研究。 1 1 我国印染行业废水的现状 1 1 1 印染废水的来源 染整工艺的废水叫做染整废水，俗称印染废水，其主要来源包括棉、化纤布和混纺布 印染厂、苎麻纺织厂，丝、绢纺织厂以及针织厂等企业排放的退浆、煮练、丝光、染色、 印花和染整等工艺所产生的废水。印染废水的大量的排放，对水体造成了严重的污染。 1 1 2 印染废水的主要成分 印染废水中含有染料、浆料、助剂、油剂、酸碱、纤维杂质及无机盐等，染料结构中 硝基和胺基化合物及铜、铬、锌、砷等重金属元素具有较大的毒性，严重污染环境，其中 苏州科技学院硕十学伊论文第一审绪论 主要的污染物为1 3 j ： 悬浮物：纤维屑粒、浆料，整理加工药剂等； 。b o d ：有机物，如染料，浆料，表面活性剂酯酚，加工药剂等； c o d ：染料，还原漂白剂，醛，还原净水剂，淀粉整理剂等； 重金属毒物：铜、铅、锌、铬、汞、氰离子等； 色度：染料、颜料在废水中呈现的颜色。 1 1 3 印染废水的水质及特点 印染工业废水水质情况见表1 1 表1 1 印染工业废水水质情况 1 、a b l e l 1w a t e rq u a l i t ) ，o f p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t ew a t e r 心目 p h 色度 s sc o d b o d b o d 5 废水种类 ( 倍) ( m g l )( m g ，l )( m l ) c o d 印染厂废水8 5 1 02 0 0 5 0 0 1 0 0 3 0 04 0 0 5 0 02 0 0 3 0 0 0 3 7 5 o 5 色织厂废水7 9 3 0 4 02 0 0 3 0 0 2 5 0 3 0 01 0 0 3 0 00 4 0 4 3 毛纺厂废水5 71 0 0 2 0 05 0 0 左右3 0 0 5 0 01 5 0 3 0 0o 5 - o 6 针织厂废水9 1 4 金属络合物结构 三芳甲烷结构 葸醌结构。不溶 性染料脱色依次为：硝基二甲苯 硫化 偶氮 蒽醌。从颜色看，黄、红色染料脱色率优于 蓝色染料。 研究表明，在零价铁降解有机物的过程中，染料分子的偶氮键或其他有机物的官能团 的破坏，主要受到铁表面的影响。但是对于加有炭的铁炭微电解这样相对比较复杂的，宏 观电池和微观电池同时存在的反应系统，有机物的降解和外加的活性炭关系如何有待研究。 在这种情况下，原先主要由铁的表面决定的反应，现在是否依然由铁的表面积决定，外加 炭源的表面积对这些过程有何作用值得探讨。 1 6 3 微电解工艺的影响因素 影响微电解废水处理效果的因素有很多，如p h 值、处理负荷、铁屑粒径、铁炭体积 比、通气量等。这些因素的变化都会影响工艺的效果，有些可能还会影响到反应的机理。 ( 1 ) p h 值 p h 值是一个比较关键的因素，他直接影响了铁屑对废水的处理效果，而且在p h 值范 围不同时，其反应的机理及产物的形式大不相同。一般控制微电解反应的p h 值为酸性条件 ( 常见的p h 值范围为2 6 5 ) ，当然这也应根据试剂废水性质而改变。 ( 2 ) 停留时间 停留时间是工艺设计的一个主要影响因素，停留时间的长短决定了氧化还原作用时间 的长短。对各种不同的废水，因其成分不同，其停留时间也不一样。同时，停留时间还取 决于初始p h 值，进水的初始p h 值低时，停留时问可以相对短一点；相反，进水的p h 值高 时，停留时间也应延长。 ( 3 ) 通气量 对铁屑进行曝气有利于氧化某些物质如三价砷等，也增加了对铁屑的搅动，减少了板 结的可能性。在中性条件下，通过曝气，一方面提供更充足的氧气，促进阳极反应的进行。 另一方面也起到了搅拌、振荡的作用，减弱浓差极化，加速电极反应的进行。 ( 4 ) f e c 体积比和铁屑粒径 铁屑中外加炭粒，既可加剧电化学反应，提高处理效果，还能维持填料层一定的空隙 率、防止铁屑结块、保持良好的水利条件、延长填料的再生周期；铁炭体积比一般为( 2 1 ) ： l ，铁屑粒径一般为1 2 m m 。 铁屑粒度越小，单位重量铁屑中所含的铁屑颗粒越多，有利于提高去除率。另一方面 铁屑粒度越小，颗粒的比表面积越大，微电池数也增加，颗粒间的接触更加紧密，延长了 过柱时间，也提高了去除率。但粒度过小，会使单位时间处理的水量太小，且易产生阻塞、 结块等不利影响。 ( 5 ) 温度 l o 苏州科技学院硕十学伊论文 第章绪论 微电解反应通常在进水水温下进行，不做温度的调整；水温的提高会改善某些废水的 微电解处理效果。 ( 6 ) 进水浓度 污染物种类多、成分复杂，不同废水的进水浓度与处理效果之间的关系差异很大。实 际工作中，应通过试验确定合适的进水浓度以保证微电解的处理效果。 ( 7 ) 铁屑活化 由于铁屑比表面存在有氧化膜，因此在使用之前应对铁屑表面进行活化。研究表明， 用稀盐酸进行活化时，活化时间以2 0 m i n 为宜。 1 6 4 铁炭微电解技术在水处理中的应用概况 2 0 世纪8 0 年代微电解技术引入我国以来，在染料、石油化工、重金属、制药、农 药等废水的处理中有广泛应用。 从微电解的发展现状来看多为使用铁炭固定床。目前这方面的研究多集中在实际应用 发面，考察如废水p h 值、处理时间、填料比等工艺条件对处理效果的影响。 ( 1 ) 在印染废水中的应用 铁炭微电解技术作为一种新的废水处理手段最初就是应用于印染废水的处理，并取得 良好的效果。印染废水中的有机污染物主要来源于染料及染整添加剂，近年来由于印染技 术的不断进步和有机合成染料新产品的不断出现，使得印染废水具有p h 低，色泽深，毒性 大，生物可降解性差等特点。而铁炭微电解法对污染物选择性并不高，能够将构成印染废水 中色度的各种复杂的难生物降解的大染料分子( 显色) 键打断，从而形成小分子的易降解 的有机物( 不显色) ，并最终生成c 0 2 和h 2 0 ，不仅降低了废水中的色度，同时也提高了 印染废水的b c 。因此，铁炭微电解用于印染废水的处理体现出了其他工艺不可比拟的优 势。 梁耀开【4 8 1 等人采用如图1 1 所示的装置分别对色度3 0 0 倍，c o d 为6 0 2 m g l ，p h 为 9 7 6 和色度7 0 0 倍，c o d 为1 2 2 3 m l ，p h 为5 7 6 的两种不同的印染废水进行处理，研 究发现，当铁炭体积比为1 ：l ，p h 为3 o 左右，反应时间2 0 3 0m i n 时，对色度的去除 率能够达到9 5 以上，同时c o d 的去除率能也能够达到6 0 7 0 。 一 4 4 4 电 岭 图1 1铁炭微电解法试验装置图 物 苏州科技学院硕十学伶论文第一章绪论 1 、调节池：2 、泵：3 、转子流量计：4 、反应柱：5 、沉淀池 f i g 1 1e x p e r i m e n t a ld e v i c eo fi r o n c a r b o nm i c r o e l e c t r o l y s i st e c h n o l o g y lr e g u l a t i n gt a n k ；2p u m p ；3r o t o rf l o w m e t e r ；4r e a c t i o np i l l a r ；5s e d i m e n t a t i o nt a n k 罗旌生【4 9 1 ，李川【5 0 】等人分别用铁炭微电解法对印染废水进行处理，结果表明p h 为1 ， 接触时间2 0 3 0i i l i n ，色度的出去率都能达到9 0 以上，c o d 去除率也能达到6 0 左右。 对于c o d 很高或者出水要求较高的印染废水，单纯的用铁炭微电解工艺处理并不能 达到出水要求，常使之与其他的生物处理工艺相结合，作为生物处理的预处理。吴小掣”】 等人对原水c o d 为1 1 0 0 0 m l ，p h 为6 ，色度为8 0 0 0 倍的印染废水采用铁炭微电解法进 行预处理，当铁粉粒径为1 8 目，焦炭粒径为2 4 m m ，铁粉和焦炭比为1 ：1 ，水里停留 时间为6 0 9 0 m i n 时，脱色率达到了9 0 以上，b o d c o d 值从原来的o 2 3 提高到0 5 9 ， 大大提高了后续生物处理的c o d 去除率。 孙哲等用活性炭和纯铁屑混合滤料处理不托染料，认为p h 值是影响废水c o d 去除率 的主要因素。刘兴旺等在对铁屑改性处理并加入辅助填料的基础上使用固定床一次性过滤 处理活性艳红颜料废水。结果显示，处理时间越长，电极反应越充分，c o d 去除率升高， 但脱色率因为f e 2 + 的溶出而下降。李轶等使用铁屑还原一混凝法对含硫染料中间体废水进行 预处理时，考察了铁炭比、停留时间等因素的影响效果，认为铁炭比小于1 ：1 时，反应不 完全，铁炭比为1 ：1 时，硫的脱出效率最高，继续增大比例，铁屑容易结块。处理时间延 长。硫的去除率上升，但增大到一定时间后，去除率变化平稳。 s a n g i ( i l 等研究了废水初始浓度对零价铁处理偶氮染料的效果影响，认为脱色率随初浓 度的增加而递增。h u 等认为研究p h 降低有利于微电解法去除亚硝酸盐。c a o 使用铁一活性 炭纤维电极体系处理2 7 种不同种类的染料废水，时发现盐度的大小可以影响电流的大小， 电流强度的增大可以促进阳极h ：的生成以及有机物的降解。 ( 2 ) 在造纸废水处理中的应用 造纸废水主要来源于制浆过程中的蒸煮、清洗、筛分、漂白。废水中含有大量的木质 素等难以生物降解的物质，许多的造纸企业在经过一级物化、二级生化处理后出水的 c o d c ，、色度等各项排放指标都不能达到国家造纸工业水污染物排放一级标准。 任拥政等针对用白腐菌一厌氧一好氧生物法处理造纸黑液的出水色度过高，c o d 不能达 标的现象，利用铁炭微电解反应柱对出水进行脱色与去除c o d 的研究，发现在常温下， 铁炭质量比2 ：1 ，初始p h 值4 5 5 5 之间，反应时间为3 0 4 0 m i n ，色度与c o d 的去除率 分别达到9 4 2 与6 8 9 ，出水达到了行业排放标准。 ( 3 ) 在焦化废水处理中的应用 目前我国对焦化废水主要的处理工艺主要是o 和a 2 o 工艺，但是由于出水中含有 高浓度的氨氮、高毒性的c n _ 和s c 以及难以生物降解的有机物等，对微生物均有抑制 作用。因此，有人利用微电解技术对a 2 o 进水或者出水分别进行预处理和深度处理，最 1 2 苏州科技院硕十学何论文 第一章绪论 后使出水达到了国家一级排放标准。陈芳艳【5 2 j 利用铁炭微电解和f e n t o n 试剂联合氧化法对 焦化废水进行预处理的试验研究，通过单因素实验法确定了最佳工艺条件，在铁炭比为4 ， 用量分别为3 0 0 m g l 和7 5 m g l ，h 2 0 2 的用量为1 0 0 0 m g l ，p h 值为3 ，反应时问为2 0 m i n 时，c o d 、色度、n h 3 n 和c n 。的去除率分别为6 1 2 、7 4 、5 6 2 和7 4 3 。b c 比由 0 1 8 9 提高到0 3 8 7 ，大大降低了后续生物处理的有机负荷并提高了生物处理的效率。 ( 4 ) 在炸药废水处理中应用 炸药废水中含有第恩梯( t n t ) 、黑索今( r d x ) 等剧毒物质，污染物量虽不多，但是 会对环境造成严重的危害。国内外尚未有有成熟的工艺对此进行处理，普通的吸附、焚烧、 生物降解和水解法处理效果较差，很难达标排放。张晓慧畸3 1 等对西北某军工厂炸药废水用 铁炭微电解进行处理实验，进水水质情况见表1 3 。 表1 3 进水水质 t a b l e1 3 w a t e rq u a l i t yo fi n f l u e n t 采用的微电解反应器柱高8 2 c m ，内径为7 c m ，内装有一定体积比例的铁屑和焦炭， 铸铁屑在使用前用热碱液浸泡除油。在p h 值为2 3 ，铁炭比为l ：1 ，停留时间为9 0 m i n 时，炸药废水的c o d 和n h 3 n 的去除率分别为8 6 和7 0 ，且b c 提高到0 3 7 ，经过生 物处理废水中的污染物得到了进一步的去除。 ( 5 ) 在制药废水处理中的应用 目前，制药废水处理面临的主要问题是污染物种类多、浓度高且成分复杂，冲击负荷大 【5 4 】，部分废水中抗生素的存在抑制生化处理时微生物的生长，可生化性差，色度高等特点。 李欣【5 5 】) ，石建军【5 6 】，夏静芬【5 7 1 ，史敬伟【5 8 】等对含有硝基苯、氯硝柳胺，草甘磷、抗生素的制 药废水利用铁炭微电解法进行处理，结果见表1 4 。 表1 4 铁炭微电解法对不同成分的制药废水去除效果 t a b l e1 4 r e m o v a le n e c to fi r o n - c a r b o nm i c r o e l e c t r o l y s i st e c h n o l o g yu s e di np h a u r m a c y w a s t e w a t e rw i t h d i 艉r e n tc o m p o n e n t s 义 硝基苯 氯硝柳胺 草甘磷抗生素 指标 c o d 去除率( ) 4 79 07 3 8 45 3 5 色度去除率( ) 9 2100 9 0 研究结果表明，铁炭微电解法对各种成分的制药废水c o d 、色度都具有较好的去除效 果，同时b c 有所提高。 ( 6 ) 在其他的废水处理中的应用 由于铁炭微电解技术的去除效果几乎不受水质条件的影响，因此被广泛的应用各种废 苏州科技学院硕十学位论文 第一章绪 论 水处理中。如含油废水、垃圾渗滤液【6 0 】、高盐度废水等 1 6 5 铁炭微电解技术的发展方向 ( 1 ) 微电解工艺与生物方法相结合 铁炭微电解能够将各种大分子的难生物降解的有机物分解成易生物降解的有机物，因 此，将高浓度废水利用铁炭微电解技术进行预处理，提高废水的b c 比，然后利用各种生 物方法进行处理，不仅能够大大减少废水生物处理的时问，节省构筑物的面积，减少投资， 而且更能够大大提高废水的处理效剁6 2 1 。目前已有微电解与间歇活性污泥法、连续流活性 污泥法、生物接触氧化法等串联使用的工程实例，效果良好。 ( 2 ) 微电解与f e n t o n 试剂联合氧化 铁炭微电解工艺的反应条件一般在酸性条件下进行，微电解过程中产生大量的f e 2 + ， 加入h 2 0 2 后，h 2 0 2 与f e 2 + 构成f e m o n 试剂，铁炭微电解的最佳p h 值为3 4 之间，而f e n t o n 试剂的最佳p h 值恰也是在3 左右。因此，铁炭微电解和f e n t o n 试剂连用，不仅能够发挥 微电解和f e n t o n 试剂的联合氧化作用，而且有效的利用了微电解产生的大量的f e 2 + ，大大 提高的铁炭微电解对污染物的去除效果【6 妯5 。，是微电解技术今后一个很重的发展方向。 乔瑞平等人【删采用强化的铁炭微电解对制浆造纸二级出水进行深度处理，在铁炭微电 解反应体系中加入适量的h 2 0 2 ，使电解产生的f e 2 + 与h 2 0 2 形成f e n t o n 试剂，与铁炭微电 解协同作用，强化微电解反应后用c a ( o h ) 2 调节出水的p h 值至中性，并与电解液中的f e 2 + 和f e 3 + 生成f e ( o h ) 2 和f e ( o h ) 3 絮体，进一步网捕水中的c o d c ，并去除了水中的f e 2 + 和f e ” 以及s 0 4 2 + 等离子，使溶液的色度进一步得到改善。研究结果表明，当溶液初始p h 值为 3 o 、活性炭投加量8 0 l 、铸铁屑4 0 0 9 l 、h 2 0 27 1 7 m m o 儿以及反应时间6 0 m i n ，用 c a ( o h ) 2 的投入量为8 0 l 时，总c o d c r 和色度去除率分别达到7 5 和9 5 ，达到了国家 造纸工业水污染物排放一级标准( g b 3 5 4 4 - 2 0 0 1 ) 。 大量研究表明，随着h 2 0 2 用量的增加，c o d 去除率先逐渐增加再逐渐下降，这是因 为在h 2 0 2 浓度较低的时候随着h 2 0 2 浓度的增加o h 的浓度也不断的增加，但是h 2 0 2 浓 度较高是，过量的h 2 0 2 不但不能通过分解产生自由基，反而在反应一开始就将零价铁氧 化成f e ”，这样既消耗了h 2 0 2 ，又抑制了o h 的产生【d 7 1 。在实际工程中，由于进水的c o d 的不断变化，h 2 0 2 的加入量往往难于控制，同时工艺还存在着处理成本高，铁屑消耗量大 的缺点。 ( 3 ) 催化铁内电解法 催化内电解法是在铁屑中加入一定量的催化材料( 改性沸石) ，并以金属铜代替铁炭法 中的炭与铁构成原电池，铁是阳极，铜是阴极，铜的加入扩大了两极的电位差，化学反应 的效率得到进一步提高，使更多的重金属离子及难降解的有机污染物在电极上反应从而得 到去除，效果比传统的铁炭法提高了不少。该方法无需曝气，既节约了能源，又减少了铁 1 4 苏州科技学院硕十学位论文 第一章绪论 与水中溶解氧的反应，铁的损耗量大为降低；使用p h 范围广，从酸性废水，到碱性废水都 有很多好的处理效果，工艺操作简便，运行费用低廉。 铜的用量、形状以及与铁屑接触面的大小，对处理效果有直接影响。铜的粒径过小， 与铁屑的接触面积比较大，易于流失，不利于工程应用。若为块状，生物体极易附着，但 比表面积小，成本较大。试验中一般采用铜刨花。童玲、毕学军【6 8 1 等采用催化铁内电解法 处理印染废水，有效地去除了对生物有抑制作用的有机物，为后续的生化处理创造了有利 条件，c o d 去除率达到8 5 ，使难以解决的色度问题得到了有效的解决，可去除废水色度 9 0 以上。 催化铁内电解法虽然处理效果较好，但是与所有催化法一样，催化铁内电解法也有催 化剂中毒的缺点，在微电解处理废水过程中废水的成分千差力别，废水中既存在易吸附在 催化剂表面的各种有机物，也存在易于催化剂结合的无机物。催化铁内电解法失效快，往 往难于在工程实际中得到应用。因此找到一种不易受污染而失效的催化剂是催化内电解法 的研究重点。 ( 4 ) 微波等离子体强化内电解 在铁炭内电解的基础上，采用微波场对铁炭进行加热，再生利用，此项技术称之为微 波强化内电解技术。 铁屑在微波场中表面点位被选择性地加热到很高温度，并由此形成打火放电，等离子 体再生使得铁屑表面生成密布的蜂窝状的凹孔，表面结构发生明显的改变，由此提高了参 加内点解反应的铁屑的比表面积，提高了铁屑参加内电解反应的效率。铁炭混合物在微波 场下存在一定的协同作用，当活性炭和铁屑一同置于微波场下再生处理时，铁屑尖端的金 属点位能与微波发生强烈的相互作用，出现强烈的打火放电现象。 微波强化内电解是一种再生技术，能够有效的减轻微电解过程中铁屑的钝化，但是由 于微电解处理废水过程中反映装置较大，微波强化装置的设计一直困扰这研究者，此外在 处理过程中能耗和初期投资也是一个不得不考虑的问题。 ( 5 ) 反应装置的改进 微电解废水处理装置大多采用固定床，按一定比例的铁屑和活性炭进行静态试验。在 静止状态下，f e ( o h ) 3 将在铁粒表面沉积并逐渐扩展增厚，最终完全覆盖铁粒表面产生钝 化。李海燕【6 9 】等采用釜式内电解处理高浓度化工制药废水，克服了传统装柱内电解中铁屑 结块造成的处理效果降低的缺点。但釜式内电解装置的电消耗比较大，成本问题有待解决。 静态微电解装置是在普通电化学原理的基础上，将填料床由静态改为动态。装置由电 电动机驱动水平转动，通过粒料间的摩擦和碰撞，使粒料表面与废水保持良好的接触，并 且在滚筒内壁固定极板以微弱电压，通过转动是填料不断交换正、负极来强化处理效果。 它克服了微电解固定床层易板结、堵塞的问题，装置无需定期反冲洗，设备运行连续化。 动态微电解床同时也存在自身的弱点，首先由于直流电始终加在连续旋转的反应装置 苏州科技学院硕十学伊论文第一章绪论 上，因此给反应装置供电的直流电系统变得复杂，通电的炭刷在联系的摩擦下易磨损，也 容易导致接触不良影响处理效果。此外能耗问题也亟待解决，离实际生产应用还有一定的 距离。由此如何将反应装置进一步优化一直是我们努力的方向。 1 6 6 微电解法存在的问题及解决方案 同时微电解法也存在许多问题： 第一，随处理时间的增加，铁屑不断被消耗 果，必须及时补充铁屑； 第二，被废水浸泡过的填料层暴露在空气中， 来，形成板结； 当铁屑降到一定程度后，将影响处理效 其中铁屑会很快生锈，铁屑彼此粘接起 第三，产生大量铁泥的处置是微电解法一个严重问题，铁泥处理不好，将造成二次污 染，形成污染转移。 针对以上问题，国内外研究人员提出了一些解决方案。 唐勋【。7 0 】等人提出调节进水p h 值在酸性范围内，增加进水中氧气的含量( 可短时间曝 气) 以及混入一种或者几种含炭粒料，其比例一般为l ：1 ，以防止铁电极表面钝化，提高 处理效果。 吴金义口订等采用高频结孔技术来防止铁屑结块现象的出现，这种技术是在一定的温度 下把铁屑烧结成类似活性炭的具有较大比表面积的多孔结构物质，其中具有许多通道可以 使废水以较低的水头阻力通过，保证装置长时问稳定，目i j i 这种方法还有待于进一步研究 和发展。也有研究者在微电解装置加入搅拌桨，通过不断的搅拌来防止铁屑结块。 为解决电解装置堵塞的问题，目前工业上通常采取的改进措施是在流向上将下向流改 为上向流。下向流处理的优点在于微电解过程产生的絮题积聚在上部，反冲洗较为彻底， 但必须定期反冲，所以生成的沉积物是逐渐增加和积累的，处理效率和能力也逐渐下降， 直到反冲洗才得以恢复，该过程周期性重复。另外采用下向流若控制不当，则填料上部容 易暴露在空气中，给结块创造了条件。下向流也容易造成偏流和短流现象使得部分填料层 没有参加作用。影响了处理效率。改为上向流后，废水由底部进入，上部溢出，填料层始 终保持淹没状态，避免了填料层与空气的接触，但是上向流流动时絮凝体、沉积物首先在 底部形成并被截留，若不及时排除，它们在底部积聚，其危害性比降流式还严重，为此需 要足够大的气水反冲洗强度，因而动力消耗大，成本高。 对于废渣的处理，解决方案是将其送至炼铁厂炼钢或是与水泥、沙土掺和制作建筑材 料。 1 7 本研究的目的与意义 印染废水的深度处理并实现中水回用符合我国节能减排、废弃物资源化利用的要求， 1 6 苏州科技学院硕十学何论文 筇一幸绪论 也是经济社会可持续发展的需求。 该项研究是针对现阶段资源环境领域与印染领域所共同面对的一个亟待解决问题，开 发新的适用于印染废水深度处处理的新技术，在理论上具有一定的创新性。 此外，该项研究大大降低了印染废水的处理成本，且出水能够直接回用于生产中，实 现废水循环再利用，为企业节省大量的排污费以及生产用水费用，同时也能减少因废水排 放对环境污染。 本项研究深入贯彻符合我省节能减排、以及废弃物资源化利用的要求，也是经济社会 可持续发展的需求，蕴含着较深远巨大的经济效益和环境效益，具有