电芬顿技术处理印染废水的研究

刘　薇，周　瑶，康可佳，刘侨博，曾红云

（1.黑龙江省环境科学研究院，哈尔滨150056；2.黑龙江省纺织工业设计院，哈尔滨150001）

电芬顿技术处理印染废水的研究

刘薇1，周瑶2，康可佳1，刘侨博1，曾红云1

（1.黑龙江省环境科学研究院，哈尔滨150056；2.黑龙江省纺织工业设计院，哈尔滨150001）

为降解印染废水中的有机物，利用电芬顿技术对印染废水降解进行了研究.实验结果表明，电芬顿处理实际工程印染废水的最佳降解条件为初始pH值3、曝气量为0.3 L/min、电解电压为8 V、电流密度为40 mA/cm2、FeSO4浓度为15 mmol/L、电解45 min.

印染废水；电芬顿；化学需氧量

纺织工业是我国国民经济的重要组成部分之一，并占有重要的地位，随着印染工艺技术的不断发展更替，污染物种类也随之变化，污染物浓度也大幅提高，印染废水成为较难处理的工艺废水之一［1-3］.《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB 4287-2012）标准出台后，对纺织印染企业的水处理工艺提出了更高的要求，制定了更严格的排放标准.对于亟需提标改造达到新排放标准的纺织企业来说，传统的生化法工程占地大，初期基建投资较大，原工艺的改扩建工程实施周期长.电芬顿作为新兴水处理技术相比传统的处理方法具有较为明显的优势，这点在很多文献中也经过了多次的证实［4-6］.另外，由于·OH具有较强的氧化性，可以无选择性的对印染废水中各种有机污染物进行氧化，因此从理论角度分析，电芬顿技术处理染料废水具有非常强的应用前景［7-9］.

本研究针对某纺织企业提标改造中的实际情况，选取对电芬顿过程处理效果有关键影响作用的三个因素：电解电压、电解电流、FeSO4浓度，对取样的印染废水进行去除率影响实验，进一步证实电芬顿技术作为深度处理工艺在实际生化处理工艺中应用的可行性.

1　材料与方法

1.1实验用水

本实验处理的水样在某企业污水排放收集口处采集.该企业的生产废水为合成纤维类印染废水，以涤纶纤维为主，所用染料为偶氮染料、蒽醌染料，兼有分散染料及直接染料，染色中使用的助剂主要是烧碱、表面活性剂及硫酸.使用的主要染料为罗丹明B，主要水质指标及出水水质要求见表1.

表1　实验用水水质指标

1.2实验装置及处理工艺

中试实验装置建于某纺织厂，设计规模为3 000 m3/d，生化段HRT为8 h，设计工艺为“生物接触氧化+电芬顿深度处理”组合工艺，前段设置了格栅、调节池和水解酸化池，经生物接触氧化处理后，二沉池出水进入电芬顿电解槽，进行深度处理.

1.3分析方法

溶液中的COD采用国标方法，《COD测定重铬酸盐法》（GB11914-89）.罗丹明B测定554 nm波长下的吸光度值［10］.采用 TOC分析仪测定TOC.

2　结果与讨论

2.1电解电压对印染废水去除率的影响

从处理成本及实验效果综合考虑，在室温条件下将深度处理段电解槽的初始pH值设定为3，电解时间设定为45 min，电流密度为30 mA/cm2、Fe-SO4为15 mmol/L、曝气量为0.3 L/min，设定电解电压分别为2、4、6、8、10、12 V共6个梯度水平.分别从组合工艺的进出水口处取8 L实验用水，测定COD及TOC值，考察电解电压对组合工艺出水中COD及TOC去除率的影响，结果如图1所示.

图1　不同电解电压对COD和TOC去除情况

由图1可知，出水中COD及TOC去除率均随着电解电压的增加而增大.TOC的去除率在电解电压达到8 V时，呈现了增加缓慢的现象.继续增加电解电压，TOC去除率达到最大值20.2%.对于COD去除率而言，当电解电压增加到8 V时，COD去除率增加也逐渐变缓，直至电解电压增加到12 V时，COD去除率基本维持在89.6%左右.

电解电压对于实际印染废水的影响与先期实验室罗丹明B降解小试阶段的研究结论基本类似，即外加电压的施加，优势是推动了电芬顿反应过程，并且随着施加的电压的增加，有机污染物的去除率不断提高，但是劣势是当外加电压增加到一定值后，出现了大量电能损失.从实际工程应用的角度来说，选取适当的电解电压在节约能耗的同时还能保证较好的处理效能，因此，基于上述结果，选择电解电压8V为最佳处理电解电压值.

2.2电解电流密度对印染废水去除率的影响

在室温条件下将深度处理段电解槽的初始pH值设定为3、FeSO4为15 mmol/L、曝气量为0.3 L/ min、电解电压为8 V，电解45 min，设定电流密度为10、20、30、40、50、60 mA/cm2共6个梯度水平.分别从组合工艺的进出水口处取8 L实验用水，测定COD及TOC值，考察电流密度对组合工艺出水中COD去除率及TOC去除率的影响，结果如图2所示.

图2　不同电流密度对COD和TOC去除情况

由图2可知，实际印染废水的COD及TOC去除率均随着电解电流的增加而增大.TOC的去除率在电流密度达到40 mA/cm2时，继续增加电流密度值，其增加呈现缓慢的趋势，最大值在60 mA/ cm2时出现为20.2%.当继续增加电流密度，COD去除率最大值在电流密度值为60 mA/cm2时为98.2%.

分析原因为电流密度是驱动电芬顿反应高效进行的关键因素之一，适宜的电流密度能够有效增加H2O2的产生量，从而增加了电芬顿系统中·OH的数量.另外，在一定条件下，较高的电流密度相当于较高的电解电压、Fe2+产生量，因此选择合理的电流密度值可以有效的提高降解体系链反应的活跃性.对于较高电流密度，电芬顿系统的处理效率降低的原因是电解槽内发生竞争性电极反应.阳极的释放的O2和阴极析出H2在较高的电流密度下发生反应，抑制了·OH和Fe2+的产生，进而降低了电芬顿反应对有机污染物的去除效率［11］.

2.3FeSO4浓度对印染废水去除率的影响

在室温条件下将深度处理段电解槽的初始pH值设定为3、曝气量为0.3 L/min、电解电压为8 V、电流密度为40 mA/cm2、电解45 min，设定FeSO4浓度分别为2、5、7、10 mmol/L、15、20 mmol/L共6个梯度水平.分别从组合工艺的进出水口处取8 L实验用水，测定COD及TOC值，考察不同FeSO4浓度对组合工艺出水中COD去除率及TOC去除率的影响，结果如图3所示.

图3　不同FeSO4浓度对COD和TOC去除情况

由图3可知，实际印染废水的COD及TOC去除率均随着Fe2+浓度的增加而增大.在无Fe2+的反应体系中，H2O2的的氧化强度不足以破坏大分子有机物，尤其是印染废水中染料类难降解的物质.当加入Fe2+后，实际印染废水的COD和TOC去除率都显著上升.

选择合适的Fe2+浓度是决定电芬顿体系效能的前提条件.呈现上述趋势的原因是随着Fe2+浓度的增加，影响电芬顿系统的主要氧化剂·OH的数量也随之增加，因此获得较好的处理效果.但是，当Fe2+浓度超过一定范围时，会消耗大量的· OH，影响反应体系的降解效能.分析可能的原因是在反应体系中，Fe2+与·OH存在一种竞争性反应关系，这种反应使得·OH的减少.因此，综合考虑可以选择在FeSO4浓度为15 mmol/L为最佳浓度值.

3　结语

通过对实际工程中排放的印染废水处理效果的分析，确定了电解电压、电流密度以及Fe2+浓度是影响电芬顿反应装置的重要外部因素.实验结果表明，对于电芬顿技术，初始pH值为3、曝气量为0.3 L/min、电解电压为8 V、电流密度为40 mA/ cm2、FeSO4浓度为15 mmol/L、电解45 min时能够达到较好的处理效果.电芬顿工艺与传统生化处理工艺的深化处理段相比较，前者COD的去除率可以达到70%左右，相对较高；而后者例如水解酸化、化学沉淀，一般COD去除率为10%～30%左右，相对较低，因此可以考虑将电芬顿工艺取代传统的预处理或深化处理，使之与生化联合，能够在传统的印染废水处理工艺的基础上提高处理效能，实现提标改造.电芬顿技术在处理难降解废水方面具有明显的技术优势，同时，优化电解槽装置及选择更为合理的电极材料是决定该技术广泛应用的关键因素.

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Study on dye wastewater treatment w ith electro-Fenton

LIUWei1，ZHOU Yao2，KANG Ke-jia1，LIU Qiao-bo1，ZENG Hong-yun1
（1.Heilongjiang Research Institute of Environmental Science，Harbin 150056，China；2.Heilongjiang Provincial Textile Industry Design Institute，Harbin 150001，China）

To dealwith the dyeing wastewater effectively，this paper focused on the eletro-Fenton process and make a study of decoration dyeing wastewater contained rhodamine B. Results showed that the best factorswere initial pH=3，air0.3 L/min，the electrolysis voltage of 8 V，current density 40 mA/cm2，FeSO4concentration of15 mmol/L，electrolytic 45 min.

dyeing wastewater；electrolysis Fenton process；COD

X703

A

1672-0946（2016）02-0170-03

2015-03-16.

国家重大科技专项“水专项”（2014ZX07201-012-01）

刘薇（1981-），女，硕士，工程师，研究方向：水污染防治、大气污染防治.