動(dòng)態(tài)混合微電解技術(shù)用于印染廢水處理的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

動(dòng)態(tài)混合微電解技術(shù)用于印染廢水處理的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究摘要：對(duì)微電解的機(jī)理進(jìn)行了闡述，創(chuàng)造性地提出了動(dòng)態(tài)微電解工藝，并用于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)微電解工藝克服了傳統(tǒng)微電解工藝的缺點(diǎn)，不僅提高了CODcr的處理效果，而且可以減少設(shè)備需求。

關(guān)鍵字：印染廢水微電解動(dòng)態(tài)混合ApilotstudyofdyeingandprintingwastewatertreatmentwithDynamicMixingMicro-electrolysistechnologyAbstract:Thispaperdescribedthefundamentalofmicro-electrolysistechnologyandinnovativelydesignedtheDynamicMixingMicro-electrolysis(DMME)technologywhichovercomedthedisadvantagesoftraditionalmicro-electrolysis.ThegoodperformanceandlowfacilitiesdemandoftheDMMEtechnologywerealsoexhibitedinthepilottrial.Keywords:dyeingandprintingwastewater,Micro-electrolysis,Dynamic,Mixing1概述印染廢水中所含的漿料、染料、助劑以及染料與織物的反應(yīng)物往往是難生物降解的物質(zhì)。在處理印染廢水時(shí)，如果先將這些物質(zhì)分離并去除掉，再對(duì)廢水進(jìn)行生化處理就顯得容易了。為去除這些物質(zhì)，常規(guī)辦法是投加混凝劑（如FeSO4，AlCl3等）。蘇玉萍等人[1]的研究表明，常規(guī)投藥需要的混凝劑用量較大（如FeSO4的適宜投加量為750mg/L~950mg/L），這樣會(huì)導(dǎo)致廢水的處理費(fèi)用很高。如此高的投藥量還給實(shí)際工程的運(yùn)行帶來(lái)大量的泥渣，另外，出水會(huì)變黃（投加FeSO4的情況）。最近，我們用一種新的微電解工藝在廣東某印染廠廢水處理的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中取得了很好的效果和出水水質(zhì)。2微電解原理2.1微電解的電化學(xué)反應(yīng)原理微電解工藝的原理是，在酸性條件下，鑄鐵鐵屑與其中的碳形成無(wú)數(shù)的微型腐蝕電池。鐵屑與投加的碳粉又構(gòu)成無(wú)數(shù)微型電解電極，其中，碳的電位高，成為微陰極；鐵電位低，為微陽(yáng)極。腐蝕電池與電解電極在酸性溶液中構(gòu)成無(wú)數(shù)的微型電解回路，因此被稱作微電解。電極反應(yīng)的機(jī)理[2]可描述如下：微陽(yáng)極：Fe-2e→Fe2+E0(Fe2+/Fe)=-0.44V微陰極：2H++2e→2[H]→H2(酸性溶液中)E0(H+/H2)=0.00VO2+4H++4e→2H2O(酸性溶液中)E0(O2/H2O)=1.22V李亞新[3]在分析印染廢水的電化學(xué)處理機(jī)理時(shí)認(rèn)為還有下述反應(yīng)：O2＋H2O＋2e→HO2－＋OH－HO2－→OH－＋[O]2OH－-2e→H2O＋[O]這可能就是一些學(xué)者所推測(cè)的，微電解處理印染廢水時(shí)起氧化作用的新生態(tài)氧（[O]）的來(lái)源。2.2微電解處理印染廢水的作用機(jī)理人們很早就知道用車削下來(lái)的鑄鐵鐵屑過(guò)濾預(yù)處理印染廢水可以取得很好的脫色效果，并大大改善了印染廢水的可生化性。對(duì)于微電解處理印染廢水的作用機(jī)理，普遍認(rèn)為[2][4][5]，微電解反應(yīng)產(chǎn)物具有高的化學(xué)活性，其中新生態(tài)的氫（[H]）與廢水中的發(fā)色物質(zhì)發(fā)生氧化還原作用，破壞染料的發(fā)色或助色基團(tuán)，失去發(fā)色能力。新生態(tài)的Fe2+是良好的絮凝劑，將一些染料膠體或懸浮物絮體沉淀。蘇玉萍等人[1]還認(rèn)為亞鐵鹽作混凝劑時(shí)，F(xiàn)e2+會(huì)與活性染料的一些基團(tuán)形成配位體，發(fā)生絡(luò)合作用，形成類似膠體狀態(tài)的物質(zhì)，水溶性減弱而得以去除。另外，在分析微電解對(duì)CODcr的去除率時(shí)，僅僅上述兩種作用無(wú)法解釋其70%左右的去除效果。因此，有的研究者推測(cè)可能是微電解反應(yīng)產(chǎn)生的新生態(tài)[O]對(duì)CODcr的去除起了作用。但是，目前為止，尚未有人測(cè)定到這一新生態(tài)[O]的產(chǎn)生數(shù)量。綜上所述，微電解去除印染廢水中的污染物的主要作用機(jī)理為：絡(luò)合作用，微電解反應(yīng)連續(xù)釋放的亞鐵離子成為絡(luò)合劑；混凝作用，微電解反應(yīng)連續(xù)釋放的亞鐵離子成為高效的混凝劑；還原作用，微電解產(chǎn)生的新生態(tài)氫使某些染料的顯色基團(tuán)脫色。氧化作用，微電解產(chǎn)生一定量的新生態(tài)氧具有很強(qiáng)的氧化性，可氧化一部分無(wú)機(jī)物和有機(jī)物。3微電解技術(shù)用于印染廢水處理的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)3.1微電解技術(shù)用于印染廢水處理的工藝流程在以前的微電解應(yīng)用中，大多數(shù)的工程都將微電解工藝設(shè)計(jì)為固定床形式，類似石英砂過(guò)濾一樣，讓廢水穿過(guò)靜止的微電解鐵屑層，在此過(guò)程中發(fā)生前述的微電解反應(yīng)。但實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)存在下述兩個(gè)問(wèn)題：運(yùn)行一段時(shí)間后，微電解工藝的效率下降。這是由于鐵屑的表面出現(xiàn)了惰性層而阻止微電解反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。纖維堵塞。這是因?yàn)橛∪緩U水中存在織物纖維，易被微電解鐵屑層攔截。針對(duì)傳統(tǒng)微電解反應(yīng)器的缺點(diǎn)，我們將微電解反應(yīng)器設(shè)計(jì)為機(jī)械攪動(dòng)式，這樣既可破壞鐵屑表面的惰性層，又可避免纖維堵塞；此外，強(qiáng)烈的攪動(dòng)加快了反應(yīng)的速度，可以產(chǎn)生更多的Fe2+。部分廢水通過(guò)微電解反應(yīng)后，與原廢水直接混合，能得到很好的處理效果。我們稱這樣的工藝為動(dòng)態(tài)混合微電解，并將微電解反應(yīng)的出水與原廢水混合時(shí)的體積比稱作混合比。動(dòng)態(tài)混合微電解工藝的具體的流程如圖1所示。廢水由集水池經(jīng)水泵提升后，分成兩部分。第一部分的水流進(jìn)入微電解反應(yīng)器，其流量可通過(guò)流量計(jì)控制；第二部分進(jìn)入混合沉淀池，與微電解出水混合，其流量也通過(guò)流量計(jì)控制。第一部分水流在進(jìn)入微電解反應(yīng)前，先加酸調(diào)節(jié)廢水的pH值大約為3左右。微電解反應(yīng)器的出水在與第二部分廢水在混合沉淀池進(jìn)行混合時(shí)，需要視廢水的pH值情況加入少量的石灰，調(diào)節(jié)沉淀出水的pH值在8~9之間，在此pH值范圍的沉淀狀況較好。沉淀后的上清液由上部的出水堰收集排出，污泥沉淀于池底，經(jīng)排泥管定期排出。圖1動(dòng)態(tài)混合微電解工藝Fig.1SchematicofDynamicMixingmicro-electrolysis(DMME)technology3.2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)(1)試驗(yàn)內(nèi)容2000年6月，我們?cè)趶V東某印染廠的廢水處理站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該印染廠所用的染料絕大部分為活性染料，另有極少量的硫化染料?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)流量為30L/h，連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間從上午9點(diǎn)至下午6點(diǎn)，試驗(yàn)的內(nèi)容包括：考察該工藝在連續(xù)運(yùn)行情況下處理印染廢水的有效性；獲得合適的混合比例；試驗(yàn)微電解處理出水的生化處理效果。(2)試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)述現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)共連續(xù)進(jìn)行4天，根據(jù)生產(chǎn)的排水特點(diǎn)，選取每天廢水水質(zhì)最不利時(shí)段（此時(shí)染色廢水排放集中，色度最深），測(cè)定廢水來(lái)水和經(jīng)過(guò)試驗(yàn)裝置處理后的出水的CODcr的濃度。此外，還試驗(yàn)微電解處理出水經(jīng)曝氣后的CODcr濃度變化。設(shè)計(jì)流量為30L/h，曝氣時(shí)間為15~30min，沉淀時(shí)間為約2小時(shí)。3.3現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果(1)試驗(yàn)水樣外觀描述根據(jù)試驗(yàn)小組6月19日至22日連續(xù)四天的觀察，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)廢水的排放具有間歇性，廢水的排放直接與生產(chǎn)相關(guān)。通常，上午的廢水色度較淺，下午廢水的色度較深。盡管廢水變化較大，從四天的連續(xù)運(yùn)行情況來(lái)看，當(dāng)混合比控制在1:4左右時(shí)（1份微電解出水，4份廢水），即使是廢水色度最深的時(shí)段，沉淀出水均保持清澈，近于無(wú)色透明。(2)微電解工藝去除CODcr的效果表1是幾天的連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)，廢水色度最深時(shí)的取樣分析結(jié)果。表1微電解處理去除CODcr的效果Table1PerformanceofDMMEonremovalofCODcr廢水原水微電解處理出水CODcr去除率率(%)取樣時(shí)間CODcr(mmg/L)取樣時(shí)間CODcr(mmg/L)2000/6/1192472000/6/1196772.92000/6/2203472000/6/22075.678.22000/6/2212022000/6/22195532000/6/2212482000/6/22111055.6(3)微電解處理出水的生化曝氣效果生化曝氣的目的是了解微電解出水的生化處理效果，曝氣時(shí)間為15~30min。經(jīng)過(guò)4天的連續(xù)運(yùn)行，曝氣產(chǎn)生的污泥很少。出水沉淀后，上清液清澈透明。表2為生化曝氣處理前后的廢水中的CODcr濃度。表2生化曝氣處理微電解出水的效果Table2EffectofaerationtoDMMEeffluent微電解出水(生化化曝氣進(jìn)水)生化曝氣處理出水水CODcr去除率率(%)取樣時(shí)間CODcr(mmg/L)取樣時(shí)間CODcr(mmg/L)2000/6/22177.52000/6/22111.6852000/6/2221102000/6/22221.580.5(4)合適的混合比試驗(yàn)混合比例的方法是量取一定的微電解反應(yīng)出水，再按比例量取一定的原廢水進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)pH值，靜置沉淀30min，觀察絮體的生成和沉淀效果，并取上清液觀察其色度，直至上清液幾乎無(wú)色透明。表3為試驗(yàn)所得到的合適的混合比數(shù)據(jù)。表3試驗(yàn)得到的合適的混合比Table3Suitablemixingratethroughpilotstudy試驗(yàn)時(shí)間合適的混合比試驗(yàn)時(shí)間合適的混合比2000/6/119上午1:4，1:5，1:62000/6/221上午1:4，1:5，1:6下午1:4，1:5下午1:3.52000/6/220上午1:4，1:5，1:62000/6/222上午1:4，1:5下午1:3.5，1::4下午-4結(jié)論與分析(1)本項(xiàng)試驗(yàn)中，動(dòng)態(tài)混合微電解工藝對(duì)以活性染料為主的印染廢水的脫色效果非常好。根據(jù)連續(xù)4天的運(yùn)行來(lái)看，盡管來(lái)水的色度變化波動(dòng)很大，微電解處理后的出水幾乎呈無(wú)色透明。(2)本項(xiàng)試驗(yàn)中，動(dòng)態(tài)混合微電解工藝對(duì)印染廢水的CODcr的去除效果較好，去除率為53%~78%。由于試驗(yàn)為連續(xù)運(yùn)行，取樣時(shí)為最不利時(shí)段，因此，這一結(jié)果具有代表性。這一數(shù)值略低于靜態(tài)小試的結(jié)果，但比固定床的去除效果高30%左右?？赡艿脑蚴莿?dòng)態(tài)混合微電解避免了鐵屑鈍化，且反應(yīng)時(shí)的pH值較低（為3左右，固定床的廢水pH為5左右），反應(yīng)相對(duì)劇烈，其氧化作用更強(qiáng)烈。因此，動(dòng)態(tài)混合微電解工藝的CODcr去除率高。(3)采用動(dòng)態(tài)混合微電解工藝，只將1/5的廢水通過(guò)微電解反應(yīng)器，反應(yīng)后與4/5的廢水進(jìn)行混合（即1:4的混合比）。這樣可以減少微電解設(shè)備的體積，降低工程投資。(4)微電解處理出水的生化處理效果