印染废水铁碳微电解处理技术.doc

精品整理 印染废水铁碳微电解处理技术 　　铁碳微电解工艺是在酸性条件下，利用铁碳电极材料的微观原电池反应降解废水中的有机污染物，具有处理效率高、占地面积小、运行成本低等特点，适用于多种工业废水的处理。许多学者利用铁碳微电解工艺处理模拟废水，取得了较好的处理效果。例如，Fatemeh等采用铁碳微电解工艺处理硝酸盐废水，以零价铁负载的斜发沸石作为填料，在20～60℃时，可有效去除NO3-N。Samarghandi等采用微电解工艺处理酸性红14和酸性红18染料，当初始pH为3、反应时间为120min、初始铁浓度为2g/L时，酸性红14和酸性红18染料的去除率分别为90%和67%。Zhu等采用铁碳微电解工艺处理日落黄废水，在球形煤基活性炭粒径为3～6mm、海绵铁处理时间为90min的条件下，日落黄和化学需氧量(COD)去除率分别为99%与65%。Che等采用铁碳微电解工艺处理猪场消化废水，当初始pH为7.6、铁碳投加量为150g/L、通气速率为6L/h及反应时间为9h时，COD去除率为52.62%。综上，铁碳微电解工艺的研究主要集中在模拟废水的处理效果方面，关于铁碳微电解工艺处理实际印染废水的效能预测及废水处理前后生物毒性的变化研究尚少。 　　响应面法可综合表示回归拟合因素及实验结果之间的函数关系，与单因素法及正交实验法相比，可反映不同影响因素间的交互作用，优化工艺设计参数，得到整个区域的响应值最优点。本研究以初始pH、铁投加量、铁碳质量比及反应时间为变量，构建响应面模型，优化铁碳微电解处理印染废水的工艺条件，分析铁碳微电解工艺处理前后实际印染废水的生物毒性变化，为污染物排放控制提供科学依据。 　　一、材料与方法 　　1.1预处理实验 　　(1)铸铁屑预处理：由于铸铁屑表面有氧化膜及油渍等杂质，直接使用会影响铁碳微电解工艺处理效果，因此需进行活化预处理。将直径为0.050～0.074mm铸铁屑在20%NaOH溶液中浸泡2h，去除表面油污并冲洗至中性，再经10%HCl溶液浸泡2h，去除表面氧化物及增强还原性，冲洗至中性烘干备用。 　　(2)活性炭预处理：将直径为1.5mm焦油活性炭10kg置于印染废水中浸泡，使其达到吸附饱和的状态，每隔12h换一次废水并测定其COD，减小吸附作用对该工艺COD去除效果的误差影响，待COD保持不变时，取出烘干备用。 　　将预处理后的铸铁屑及活性炭密闭贮存，进行后续铁碳微电解工艺的实验。 　　(3)调节反应器出水pH为9，出水静置沉淀后取上层清液，测定大肠杆菌的乳酸脱氢酶(LDH)释放量、ROS产生水平及生长曲线，评价铁碳微电解工艺进出水生物毒性的变化。用于毒性分析的微生物选用大肠杆菌，革兰氏阴性异养兼性厌氧型无芽孢短杆菌，最适生长温度37℃，培养基采用LB培养基。利用大肠杆菌检测进水组、出水组及对照组的生物毒性变化，对照组采用正常LB培养基，每组各设3个平行样，实验结果取各组平均值。 　　1.2实验用水 　　实验用水取自吉林市某毛纺厂，其主要经营的产品有毛呢、精纺呢绒、毛线等。印染废水取自该厂漂洗车间，主要对毛纺织物进行退浆、漂洗及整理等操作，其水质指标见表1。 　　1.3实验装置 　　铁碳微电解反应器主体采用有机玻璃制成，有效容积为20L，高1200mm，内径150mm，壁厚2mm。其顶部设出水溢流槽，底部设铁碳填料承托层。将铸铁屑与活性炭置于铁碳微电解反应器中机械混合(搅拌150r/min)，再由水泵将实际印染废水从反应器底部进入铁碳填料层，进行铁碳微电解反应。铁碳微电解工艺流程见图1。 　　铁碳微电解反应器的运行周期为24h，剩余活性炭经热再生法处理后，进行铁碳微电解工艺实验，通过测定出水中COD等指标的变化发现，与新生活性炭相比，其对各项指标去除率的变化均在3%以内，因此活性炭可反复利用，同时反应后的铸铁屑以铁泥形式排出。 　　1.4响应面实验设计 　　初始pH、铁投加量、铁碳质量比及反应时间等对COD去除率的作用如图2所示。 　　在前期单因素实验的基础上，选择中心点及各因素的高低水平，即设定初始pH为4、铁投加量为80g/L、铁碳质量比为0.8及反应时间为90min，通过Design-Expert软件对其影响因子进行取值编码，中心点分别用1、0及1表示低、中及高水平，系统研究各因素间交互作用。以COD去除率为响应值，采用Box-Behnken模型整体研究各因素及响应值之间的关系，并进行回归拟合，建立铁碳微电解法处理实际印染废水的工艺数学模型。响应面实验因素及水平设计见表2。 　　1.5分析项目与检测方法 　　pH采用pH计(pHSJ-3F型，上海仪电科学仪器有限公司)测定。COD、OD600采用紫外可见智能型多参数水质测定仪(LH-3BA型，兰州连华环保科技有限公司)测定。LDH采用酶标仪(Mu