Fe/C微电解+硫酸铝组合工艺对麦草制浆造纸废水处理效果的研究

宋晓乔，任天龙，张伟刚，蹇骐蔚

(1.西安建筑科技大学华清学院，陕西 西安 710043；2.西安创业水务有限公司，陕西 西安 710086；3.中联西北工程设计研究院有限公司，陕西 西安 710077)

麦草制浆造纸废水含有难降解物质，可生化性差[1]，采用物化法进行预处理是必要的。Fe/C微电解法在酸性废水中，电解质溶液中铁屑晶体结构会形成许多Fe/C局部微电池，利用其来处理工业废水，适用范围广且操作维护方便。工艺中使用的铁屑大多来自切削工业废料，不需消耗太多电力资源，成本低廉，以废治废，可对环保事业做出一定的贡献。目前，铁/碳微电解法在染料废水的处理方面应用较多[2-4]，但在制浆造纸工业废水处理方面应用还很少。本文研究用铁/碳微电解+硫酸铝组合工艺对其进行预处理的效果。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

麦草制浆造纸废水取自河南一林造纸厂污水处理站曝气池，色度为160， pH为6.53，CODCr为 1 150 mg/L；硫酸铝、阳离子型助凝剂CPAM、NaOH、硫酸、盐酸、重铬酸钾、硫酸银、试亚铁灵指示剂、硫酸亚铁铵等均为分析纯；铁屑、活性炭为工业级。

DF-101S磁力搅拌仪；CODCr测试装置，按照国际方法组装；AB104-N电子天平；UV-2000分光光度计；MY3000-6智能混凝试验搅拌仪。

1.2 实验方法

1.2.1 Fe/C微电解实验 取100 mL麦草制浆造纸废水到500 mL烧杯中，用NaOH(浓度为10%)和稀盐酸(浓度为10%)调节pH，加铁屑、活性炭，在磁力搅拌仪搅拌90 min。过滤，用浓度10%的NaOH将溶液的pH值调到11.0，使溶液中的Fe2+、Fe3+等离子以Fe(OH)2和Fe(OH)3的形式沉淀下来。取上层清液，分别测其吸光度、色度和CODCr值，计算CODCr去除率、脱色率。

1.2.2 硫酸铝混凝实验 取100 mL电解出水到500 mL烧杯中，用NaOH(浓度为10%)和稀盐酸(浓度为10%)将pH调节到7.00，添加1 mL硫酸铝(浓度为10%)，室温下在智能混凝试验搅拌仪中进行混凝反应，搅拌时间为1 min，转速为 300 r/min，然后投加助凝剂，搅拌时间为1 min，转速为300 r/min，接着进入反应阶段，反应时间 10 min，转速为100 r/min，最后进入沉降阶段，沉降时间15 min。取出沉淀上清液分别测定吸光度、色度和CODCr值，计算其去除率。

1.3 分析方法

CODCr值以重铬酸盐法测定；脱色率是利用分光光度法测麦草制浆造纸废水在某一特定波长下的吸光度，然后计算求得；色度以稀释倍数法测定。

2 结果与讨论

2.1 Fe/C微电解法工艺条件优化

采用正交实验，因素和水平见表1，结果见表2。

表1 Fe/C微电解正交实验因素和水平Table 1 Factors and levels of Fe/C microelectrolysisorthogonal experiments

表2 微电解法正交实验结果Table 2 Orthogonal experinental results ofmicro-electrolysis

由表2可知，A1B3C3D1的脱色率最高，C1和C3差别很小，且C(铁)重要因素程度最低，可以得出A1B3C1D1是最佳方案，各个因素的影响顺序为B>A>D>C，最重要的因素为磁力搅拌时间。

由表2可知，A1B3C1D3的CODCr去除率最高，D(碳)重要因素程度最低，所以得出A1B3C1D1是最佳方案；各个因素的影响顺序为B>C>A>D，最重要的因素为磁力搅拌时间。

综上所述，A1B3C1D1为微电解的最优实验方案，亦即废水pH值为6.0，反应时间为90 min，铁屑用量为30 g/L，活性炭用量为6 g/L。通过验证实验得出，其CODCr去除率83%左右，脱色率85%左右。

2.2 电解出水pH对絮凝效果的影响

微电解出水在硫酸铝下进行混凝实验，pH对絮凝效果的影响见表3。

表3 电解出水pH对絮凝效果的影响Table 3 Effect on flocculation with the pH ofelectrolysis effluent

由表3可知，1号混凝后未将pH值调节到11.0，由于微电解使水样中含有Fe2+、Fe3+，测CODCr使用的硫酸亚铁铵用量减少，测得CODCr值偏高；2号和3号实验混凝后将pH值调节到11.0，使上清液中Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀，其色度稀释20倍，达到排放标准，而CODCr去除率高达85.4%，但还是未达到CODCr≤100 mg/L的排放要求。

综合经济技术条件，微电解法(废水pH值为6.0，反应时间为90 min，铁屑用量为30 g/L，活性炭用量为6 g/L)+硫酸铝组合工艺作为预处理，联用污水处理站现存生化处理单元，使其达标排放。

2.3 机理分析

Fe/C微电解+混凝组合工艺处理麦草制浆造纸废水后，其出水CODCr去除率还是未达标原因在于：铁/碳微电解反应存在以电化学为主的多种作用途径，在酸性条件下，带电的胶体粒子通过电场作用而脱稳聚集沉降。新生成的[H]和Fe2 +能还原废水中的许多组分，破坏废水的发色或助色基团使废水脱色，所以其脱色率很好。由于溶解氧的存在，Fe2+在一定的碱度条件下容易被氧化成Fe3+，从而产生有效的絮凝作用，形成以Fe3+为胶凝中心的絮凝体。麦草制浆造纸废水中的悬浮胶体颗粒易被这些絮凝体网捕并沉淀。因此铁/碳微电解反应可通过吸附和混凝等多种作用降解废水中的污染物。

这一机理与硫酸铝混凝沉淀法重合而不能达到良好的互补作用，但其两者组合对色度的去除大大提高，可高达90%以上。

3 结论

Fe/C微电解法最佳工艺条件：废水pH值为6.0，反应时间为90 min，铁屑用量为30 g/L，活性炭用量为6 g/L。麦草制浆造纸废水微电解后出水COD去除率为80%，色度去除率为90.5%。