東華大學(xué)環(huán)境學(xué)院大三印染廢水中水回用設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)論文

1、環(huán)工綜合實(shí)驗(yàn)（2）鐵碳微電解混凝對(duì)印染廢水二沉池出水的中水回用研究論文盛波鐵碳微電解混凝對(duì)印染廢水二沉池出水的中水回用研究 (東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，環(huán)境工程，環(huán)工1301，上海，201620)摘 要： 針對(duì)印染廢水二沉池出水水質(zhì)難降解且難以達(dá)標(biāo)的現(xiàn)狀，采用鐵碳微電解混凝工藝進(jìn)行處理研究，為印染廢水的中水回用提供了可行的基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，確定鐵碳微電解的最佳工藝條件為Fe的投量為46g/L、m(C) : m( Fe)為16、水力停留時(shí)間(HRT)為1.5h。最佳混凝條件為: Al2(SO4)3投量為1ml/L、混凝沉淀時(shí)間為30min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在上述最優(yōu)工藝條件下對(duì)該廢水進(jìn)行深度處理，

2、對(duì)COD的去除率能達(dá)到50%以上，出水COD低至38.46mg/L。關(guān)鍵詞： 鐵碳微電解 混凝 印染廢水 二沉池出水 深度處理Study on the Reuse of Water in Two Settling Tank Effluent of Printing and Dyeing Wastewater by Iron Carbon Micro- electrolysis and CoagulationSheng Bo Zhou Xin Yang Huan Zhou Weizhu Zhang Yuanfan Xie Tengfei Zhu Qian(College of Environme

3、ntal Science and Engineering, Donghua University, Environmental Engineering, Class 1301, Shanghai, 201620)Abstract: Aiming at the present situation that the effluent quality of the printing and dyeing wastewater is difficult to be degraded and difficult to reach the standard, the treatment of the ir

4、on carbon micro electrolysis coagulation process is adopted, which provides a feasible basis for the reuse of the wastewater in the printing and dyeing wastewater. Through experiments, the optimal process conditions for the determination of iron carbon micro electrolysis were 46g/L, m (C): m (Fe), (

5、Fe), 1: 6, hydraulic retention time (HRT) of 1.5h. The best coagulation conditions were as follows: Al2 (SO4) 3 dosage was 1ml/L, coagulation sedimentation time was 30min. The experimental results show that the COD removal rate can reach more than 50%, and the effluent COD is as low as 38.46mg/L in

6、the above optimal process conditions.Key words: iron-carbon micro-electrolysis; coagulation; printing and dyeing wastewater; two sedimentation tank water; depth treatment印染廢水是我國(guó)工業(yè)廢水的重要組成部分之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2010年我國(guó)紡織工業(yè)廢水排放量工業(yè)廢水排放量第三位，占全國(guó)工業(yè)廢水排放量的11.5%1。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)印染廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸提高，2012年我國(guó)正式頒布新標(biāo)準(zhǔn)紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB4287-

7、2012)。其中對(duì)需要采取特別保護(hù)措施的地區(qū)規(guī)定: COD的限值為60mg/L。目前，通過(guò)一般的二級(jí)生化處理，COD等指標(biāo)難以達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)，這意味著以印染廢水為主的污水處理廠都將面臨提標(biāo)改造，深度處理勢(shì)在必行，本實(shí)驗(yàn)以COD為主要研究對(duì)象。鐵碳微電解工藝常常用于廢水的預(yù)處理，目前該工藝通常需要調(diào)節(jié)廢水pH至3左右2，通過(guò)提高廢水的可生化性，從而達(dá)到強(qiáng)化二級(jí)生化處理的目的。當(dāng)前，印染廢水二級(jí)處理出水水質(zhì)仍不能達(dá)到排放及回用標(biāo)準(zhǔn)的要求，主要問(wèn)題是二級(jí)處理出水中殘留的CODCr都是難生化降解有機(jī)物；而一般的混凝沉淀、吸附、氣浮等方法也難以將色度完全去除， 所以深度處理的對(duì)象就是難生化降解有機(jī)物和色度。

8、目前，用于印染廢水深度處理的主要技術(shù)工藝有物理法、化學(xué)法、生物法等3。1 印染廢水處理方法1.1 物理法處理印染廢水1.1.1 吸附法吸附法主要是利用多孔物質(zhì)粉磨或顆粒表面吸附廢水中染料與助劑等污染物的方法。該方法具有簡(jiǎn)單、投資省的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)吸附法處理廢水的原理，選擇吸附劑、吸附劑的再生能力是該方法在實(shí)際應(yīng)用中主要考慮的兩點(diǎn)活性炭4、工業(yè)廢料( 渣)、天然植物廢料( 如木炭)以及人工合成樹(shù)脂等是目前常用的主要吸附劑5。圖 1 吸附的基本過(guò)程Fig1 Basic notions of adsorption61.1.2 混凝法混凝法是一種應(yīng)用較為廣泛的印染廢水處理技術(shù)，其原理為在廢水中加入絮凝劑，

9、廢水中的膠體粒子與絮凝劑在廢水中發(fā)生水解、聚合等化學(xué)反應(yīng)生成的水解或聚合產(chǎn)物發(fā)生靜電中和、粒子架橋和黏附卷掃等作用，生成粗大的絮凝體后沉降除去。復(fù)合混凝劑處理模擬酸性染料廢水的研究，COD去除率可達(dá)853%，脫色率可達(dá) 97.5%?；炷ǖ膬?yōu)點(diǎn)是: 設(shè)備簡(jiǎn)單，占地面積小，工程投資小，色度去除率高。但該法產(chǎn)生的污泥較難處理，且投加絮凝劑的運(yùn)行成本較高圖 2 膠體結(jié)構(gòu)圖Fig.2 structural drawing of colloid6圖 3綜合位能示意圖Fig.3 The sketch map about comprehensive potential61.1.3 膜分離法膜對(duì)不同物質(zhì)具有透

10、過(guò)性差異， 膜分離技術(shù)就是利用膜的這種特性，在一定的傳質(zhì)推動(dòng)力下，對(duì)混合物進(jìn)行分離的方法。 印染廢水深度處理所用的膜分離技術(shù)主要有微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）7。膜分離法具有無(wú)相變，節(jié)能易控、無(wú)需投加化學(xué)藥品等優(yōu)點(diǎn)。但它在使用中會(huì)產(chǎn)生難處理的濃縮液且膜成本較高易污染。如今常將膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)相結(jié)合處理廢水，即 MBR技術(shù)。MBR提高了污泥濃度，延長(zhǎng)了難降解物質(zhì)的停留時(shí)間，強(qiáng)化了處理效果。但MBR技術(shù)仍存在能耗高、清洗難等問(wèn)題6。1.2 化學(xué)法1.2.1 光催化氧化技術(shù)利用強(qiáng)氧化劑在UV輻射下產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的·OH來(lái)處理廢水，具有低能耗、無(wú)二次污

11、染、 氧化徹底等優(yōu)點(diǎn)，最常用UV/Fenton、UV/O3、UV/H2O2等。光催化研究較多的還有以光敏化半導(dǎo)體為催化劑，其中TiO2光催化劑應(yīng)用最廣，且處理效果最好。但廢水本身的透光性和光利用率制約著光催化技術(shù)在廢水處理工業(yè)中的應(yīng)用7。1.2.2電化學(xué)氧化法電化學(xué)氧化法是在電極表面的電氧化作用下或由電場(chǎng)作用而產(chǎn)生的自由基作用下使有機(jī)物氧化。電化學(xué)氧化分為直接電化學(xué)氧化和間接電化學(xué)氧化；直接電化學(xué)氧化是使難降解有機(jī)物在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，間接電化學(xué)氧化是指用化學(xué)方法產(chǎn)生一種氧化還原劑，利用這種物質(zhì)作為中間媒介物在污染物基質(zhì)與電子之間往返穿梭來(lái)回傳送電子。從而將污染物轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害物質(zhì)8。圖

12、4 電滲析機(jī)理Fig.4 The mechanism of electroosmosis61.3 生物法1.3.1好氧法好氧生物處理是有氧條件下，利用好氧微生物降解有機(jī)物，達(dá)到去污目的的方法。有機(jī)物被微生物攝取后，一部分用于提供能量，一部分用于合成新的細(xì)胞物質(zhì)。但是好氧法占地較大，適合處理COD500的廢水，而且要求廢水的毒性較小，如果印染廢水毒性較大或是活性染料含量較多，則必須經(jīng)過(guò)水解酸化處理。另外，為提高處理效率，可以使用新的改進(jìn)技術(shù)，如好氧顆粒污泥法以及強(qiáng)化生物鐵活性污泥法。在兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行了生物鐵法膜生物法處理印染廢水的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)COD平均去除率可高達(dá)935%9。1.3.2 厭氧

13、法厭氧生物處理是一個(gè)復(fù)雜的微生物化學(xué)過(guò)程，依靠三大主要類群的細(xì)菌，即水解產(chǎn)酸細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌的聯(lián)合作用完成。厭氧需要的能量少，產(chǎn)生甲烷是一種潛在的能源，產(chǎn)生的剩余生物污泥較少，可處理高濃度、難降解的有機(jī)廢水且需要的營(yíng)養(yǎng)物較少，但是生化時(shí)間較長(zhǎng)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于廢水中有機(jī)物濃度較低、溫度較低、出水水質(zhì)要求較高，并要求去除營(yíng)養(yǎng)物的場(chǎng)合傾向于采用好氧生物處理技術(shù)。而對(duì)于有機(jī)物濃度較高、溫度較高的工業(yè)廢水，厭氧處理可能更為經(jīng)濟(jì)。隨著對(duì)厭氧生物處理工藝的進(jìn)一步了解，厭氧處理作為好氧處理的預(yù)處理手段已經(jīng)成為目前較為廣泛采用的一種方法。隨著技術(shù)的進(jìn)步逐漸出現(xiàn)了一些處理印染廢水的新工藝，超聲波技

14、術(shù)，濕式空氣氧化法和超臨界水氧化法，生物強(qiáng)化技術(shù)與固定化微生物技術(shù)，但是這些方法都存在一定的缺陷。面對(duì)我國(guó)印染行業(yè)迅速發(fā)展，印染廢水成分越來(lái)越復(fù)雜的現(xiàn)原有的物理法，化學(xué)法以及生物法等傳統(tǒng)技術(shù)已日漸顯得“力不從心”。若將各技術(shù)協(xié)同處理，揚(yáng)長(zhǎng)避短，有望獲取理想的處理效果。面對(duì)新興技術(shù)，應(yīng)大力引進(jìn)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域技術(shù)，如基因工程菌培育技術(shù)，降低膜成本技術(shù)等。同時(shí)，今后宜著力于增強(qiáng)新興技術(shù)的穩(wěn)定性、高效性和經(jīng)濟(jì)性6。2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 實(shí)驗(yàn)原理2.1.1 鐵碳微電解機(jī)理微電解法又叫內(nèi)電解法，主要利用金屬與惰性碳形成原電池還原降解污染物10。一般內(nèi)電解選用鐵作為金屬電極，活性炭或焦炭作為惰性電極，在電位較低

15、的鐵陽(yáng)極上，鐵失去電子生成Fe2+進(jìn)入溶液，電子流向碳陰極。在陰極附近，溶液中溶解氧吸收電子生成OH，在偏酸性溶液中，陰極產(chǎn)生新生態(tài)H，還原污染物，其反應(yīng)過(guò)程如下：陽(yáng)極：FeFe2+ + 2e陰極：酸性條件( 析氫腐蝕)：2H+ + 2e2HH2酸性充氧條件( 析氫腐蝕)：O2 + 4H+ + 4e2H2O中性或堿性條件( 吸氧腐蝕)：O2 + 2H2O + 4e4OH當(dāng)溶液中含有氧化性的有機(jī)物時(shí)，這部分大分子有機(jī)物會(huì)在陰極被還原成小分子有機(jī)物或者化合物。同時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生的 Fe2+也具有還原作用，能將部分可被還原的有機(jī)物還原11。此外，在反應(yīng)過(guò)程中還包含電化學(xué)富集、物理吸附、混凝吸附和鐵離子沉

16、淀等。在電極附近存在電場(chǎng)，溶液中的帶電基團(tuán)在電場(chǎng)力作用下作定向移動(dòng)，在陰極和陽(yáng)極富集沉淀從而被去除。2.1.2 混凝機(jī)理(1)混凝作用。溶液中難溶分子聚集而成的膠體微粒稱為膠核，膠核呈擴(kuò)散型分布,處于“穩(wěn)態(tài)”。通過(guò)投加混凝劑，水解形成帶電離子與膠粒異號(hào)離子結(jié)合，降低膠粒的電位，使膠體失穩(wěn)從而達(dá)到聚合沉降的效果。(2)鐵鹽自混凝。Fe3+在水中由于pH不同會(huì)發(fā)生不同程度的水解12生成Fe(OH)2+、Fe(OH)+2，F(xiàn)e(OH)3等，除了這些簡(jiǎn)單的單體，還可以形成一系列多核聚合物。這些帶正電單體或多核聚合物吸附于帶負(fù)電的膠體上，由于電中和作用，帶電膠體脫穩(wěn)，在適當(dāng)?shù)臄噭?dòng)下互相吸附結(jié)合形成大顆粒

17、沉淀物沉淀下來(lái); 在這部分膠體沉淀過(guò)程中，網(wǎng)捕溶液中的部分膠體顆粒，即“卷掃捕集”13。2.2 儀器與藥品微波爐; 臭氧發(fā)生器（143w）、重鉻酸鉀（0.2M）、硫酸亞鐵銨、硫酸、試亞鐵靈指示劑、硫酸鋁; 鐵刨花; 活性炭(顆粒)。2.3 實(shí)驗(yàn)方法(1) 鐵刨花預(yù)處理：臨用前用1%的稀硫酸酸洗5min，去除鐵刨花表面的氧化物，以活化鐵刨花。(2) 混凝實(shí)驗(yàn): 在最優(yōu)反應(yīng)條件下對(duì)廢水進(jìn)行深度處理，用得到的反應(yīng)出水進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，篩選混凝劑投量、沉淀時(shí)間等。（3）經(jīng)過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)得出m(Fe)：m(C)為6：1，進(jìn)行微電解前，先將溶液的pH調(diào)到23。（4）硫酸亞鐵銨的測(cè)定：量取5.00ml重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液

18、，稀釋至大約30毫升，加入5ml濃硫酸，冷卻后，加入兩滴試亞鐵靈指示劑，用硫酸亞鐵銨滴定，顏色由黃色經(jīng)藍(lán)綠色至紅褐色即為終點(diǎn)。（5）COD的測(cè)定：用移液管吸取5.00ml水樣，準(zhǔn)確加入消解液即時(shí)搖勻，再加入5.00ml催化劑搖勻；同理，制作一個(gè)空白樣。旋緊蓋子，放入微波爐中消解5min。消解完成后，冷卻消解罐，將反應(yīng)液加入150ml錐形瓶中，用蒸餾水沖洗消解罐3次，體積控制在60ml，加兩滴試亞鐵靈指示劑，用硫酸亞鐵銨回滴，顏色由黃色經(jīng)藍(lán)綠色至紅褐色即為終點(diǎn)。3 試驗(yàn)結(jié)果及討論3.1 COD測(cè)定實(shí)驗(yàn)3.1.1 硫酸亞鐵銨表1 硫酸亞鐵銨用量表實(shí)驗(yàn)序號(hào)123用量（ml）22.7023.122.8

19、5表2 原水COD測(cè)定表項(xiàng)目空白水樣水樣用量(ml)22.9021.6521.50表3 處理水COD測(cè)定表項(xiàng)目空白水樣水樣用量(ml)22.5021.8021.90計(jì)算結(jié)果：硫酸亞鐵銨濃度：C=0.20×5.000V=0.20×5.0022.88=0.0437M原水COD：C=1.32×0.0437×80005=92.30mg/L 處理水COD：C=8000×0.0437×（22.50-21.85）5=45.44mg/L 處理水COD：C=8000×0.0437×（22.50-21.95）5=38.46mg/L 去

20、除率1=92.3-45.4492.3×100%=50.7去除率2=92.3-38.4692.3×100%=58.3%3.1.2臭氧濃度滴定用量筒吸取250ml的2%的KI溶液入氣體吸收瓶，然后通入O90s，取100ml反應(yīng)液于錐形瓶中(加醋酸將PH值調(diào)為4-5），用0.005mol/L的NaSO滴至淡黃色，加入1%淀粉溶液滴至無(wú)色。測(cè)定臭氧濃度。測(cè)定臭氧在水中的濃度，采用碘量法臭氧先用KI溶液吸收，生成I2用NaSO標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定O+2KI+HO=O+I+2KOHI+2NaSO=NaSO+2NaI數(shù)據(jù)記錄：NaSO濃度：1.4544g/2000ml 滴定用量：52.3ml所以

21、臭氧濃度0.058mol/L3.2 混凝實(shí)驗(yàn)由于本研究是在調(diào)pH的條件下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)鐵碳微電解處理后的水樣pH較高(8.5±0.2) ，產(chǎn)生的大量Fe3+在堿性環(huán)境下形成沉淀Fe(OH)3，帶正電Fe(OH)+2，F(xiàn)e(OH)2+與水樣中帶負(fù)電膠體中和，使其脫穩(wěn)。處理完的水樣呈深黃色，較混濁，其中含有大量較小的絮體，懸浮于溶液中，沉降性能不好。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，加入少量混凝劑，并用NaOH調(diào)節(jié)pH，能加快絮體沉降，得到澄清的水樣。聚合氯化鋁(PAC)和Al2(SO4)3是常見(jiàn)的混凝劑，在本實(shí)驗(yàn)中，Al2(SO4)3的絮凝效果好，沉降速度快，COD去除率較高，故選用Al2(SO4)3作為混

22、凝劑。Al2(SO4)3的最佳混凝pH在78左右，因此，本研究的混凝實(shí)驗(yàn)選取pH為偏堿性條件。從上述結(jié)果可以看出，不加混凝劑，用濾紙過(guò)濾所得清液的COD去除率。當(dāng)Al2(SO4)3的投量為1ml/L時(shí)，絮體沉降速度較快，在15min左右基本已經(jīng)澄清，只有少量細(xì)小的絮體懸浮在溶液中，而Al2(SO4)3投量為0.5ml/L時(shí)，溶液產(chǎn)生的絮體較小，不易沉降，30min以后才基本澄清，并且清液中含有大量細(xì)小絮體難以沉降。Al2(SO4)3投量為1ml/L時(shí)，自然沉降30min后COD去除率達(dá)到(58.3%)，較沒(méi)加過(guò)濾測(cè)得的COD去除率高出7.6%，說(shuō)明投加混凝劑對(duì)進(jìn)一步去除水樣COD有效果。為保證

23、混凝效果，選擇最佳沉淀時(shí)間為30min。在最優(yōu)反應(yīng)條件下進(jìn)行鐵碳微電解反應(yīng)，反應(yīng)后出水進(jìn)行混凝沉淀，其COD總?cè)コ士蛇_(dá)58.3%，出水COD為38.46mg/L，達(dá)到紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB4287-2012)對(duì)COD的最高排放要求(COD低于60mg/L)。4 成本分析由于該實(shí)驗(yàn)為小試實(shí)驗(yàn)，該工藝反應(yīng)過(guò)程中主要消耗的是鐵、混凝劑(Al2(SO4)3)，而活性炭在工藝過(guò)程中沒(méi)有消耗，不考慮其運(yùn)行成本。現(xiàn)僅就運(yùn)行過(guò)程中消耗的藥劑量進(jìn)行成本分析，結(jié)果如表1所示。表.4 藥劑成本分析Table.4 Analysis of reagent costs項(xiàng)目用量（mg/L）單價(jià)（元/t）成本（

24、元/t）Fe30022000.66Al2(SO4)31008500.085酸0.3323.330電費(fèi)0.432總價(jià)1.177該工藝花費(fèi)較少，可行。5 結(jié) 論通過(guò)實(shí)驗(yàn)，確定鐵碳微電解的最佳工藝條件為Fe的投量為46g/L、m(C) : m( Fe)為16、水力停留時(shí)間(HRT)為1.5h。最佳混凝條件為: Al2(SO4)3投量為1ml/L、混凝沉淀時(shí)間為30min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在上述最優(yōu)工藝條件下對(duì)該廢水進(jìn)行深度處理，對(duì)COD的去除率能達(dá)到50%以上，出水COD低至38.46mg/L。深度凈化后的再生水可以用于染色后的漂洗和地面及綠化澆灑以及建筑內(nèi)部雜用水等。企業(yè)可以采用生產(chǎn)過(guò)程中不同生產(chǎn)工序排放的廢水通過(guò)處理后再回用于本工序，也可將全部廢水集中處理后，全部回用和部分回用、部分達(dá)標(biāo)排放。本法處理印染廢水效果較好，工藝簡(jiǎn)單，操作