1 廢水基本概況
甘肅某顏料廠每天生產5噸偶氮類顏料，其中黃色顏料2噸、紅色顏料3噸（兩種品牌3144W和4B230）。生產過程中產生兩類廢水：一類為母液廢水，主要為顏料生產化學反應過程中產生，以反應釜及初期漂洗水為主；另一類廢水為漂洗顏料及沖洗設備，沖洗地面等廢水。根據實際生產用水量測算，每生產一噸顏料產生30m3母液廢水，同時產生100 m3沖洗廢水。根據2008年12月27日現場所取的1號（4B230紅母液）、2號（3144W紅母液）、3號（黃母液）3個母液水樣，經實驗分析檢測主要廢水指標如下：
1號（4B2 3 0紅母液）：pH值6 ,色度2 5 0 0倍，CODCr為7275.6mg/l，pH值為6.0，蒸發殘渣為39966mg/l；
2號（3144W紅母液）：pH值6，色度3750倍，CODCr為3859.3mg/l，pH值為6.0，蒸發殘渣為32000mg/l；
3號（黃母液）：pH值2.8， 色度80倍，CODCr為5163.0mg/l，pH值為2.8，蒸發殘渣為10882mg/l。
對照國家污水綜合排放標準（GB8978-1996）所規定的染料生產行業污水排放的相關指標（1998年1月1日后建設的單位）一級標準如下：pH=6-9、色度為50、CODCr為100mg/L、氨氮為15mg/L。僅對照廢水水樣檢測的幾個指標該生產廢水已經嚴重超過國家限定的排放標準。黃母液的CODCr超標近百倍，紅母液4B230色度超標50倍，pH也嚴重超標。根據以上廢水水質判斷甘谷宏達顏料廠的生產廢水必須經過嚴格的處理后才可排放入環境，因而合理有效的污水處理工程必須盡快建設并投入運營。
2 選擇工藝
有機顏料廢水具有有機物含量高、高色度、高含鹽量、有機物難生化降解等特點 ,再加上廢水間歇性排放、水質水量隨時間變化較大 ,給廢水處理工藝的設計、運行管理增加許多困難。目前 ,國內外處理這類廢水的主要方法有:活性碳吸附、生物降解、離子交換、膜分離、化學氧化、絮凝沉淀法等。
鐵碳微電解技術處理工業廢水，因其工藝簡單、操作方便且可達到以廢治廢的目的而在近年來受到廣泛重視。利用鐵碳微電解工藝處理印染廢水、混合工業廢水 、化工廢水的研究逐漸增多，投入生產運行的裝置也常有報道。廢水經過微電解預處理后，廢水中對微生物有抑制作用的成分減少，可降解的成分增多。微電解在幾乎完全去除色度的同時還能對廢水有機物、毒性亦有一定的降低，增強了后續生化工藝對污染物的去除效果，可生化性大大提高。其合理地與生化工藝相組合可實現工業廢水達標排放的目的，且組合工藝結構十分簡捷，具有明顯的技術優勢。由于單純的物理化學處理工藝難以使顏料生產廢水直接處理達標，因而微電解處理工藝只作為難生化處理有機顏料廢水的預處理手段。
3 實驗部分
3.1 實驗原理
微電解法是根據金屬腐蝕原理，利用鐵碳形成的原電池對廢水進行處理的方法，又稱內電解法、鐵屑過濾法等。由于在酸性無氧條件下廢水經微電解處理時，新生態氫能與顏料廢水中的許多組分發生氧化還原作用，使物質的結構發生變化，大分子分解為小分子，難降解物質轉化為易降解物質，這些物質替代原有的難降解物質存在于微電解出水中。這是多種反應共同作用的結果，主要有電極反應產生的氧化還原作用以及電極反應產物的電凝聚、吸附作用，鐵碳微電解法在作用過程中電極上發生了如下的反應 ：
反應過程中生成的Fe2+具有較高的化學還原活性，可使某些組分還原。在酸性溶液中，電極反應產生的新生態[H]與廢水中的有機污染物發生反應，使其結構被破壞(如破壞廢水的發色和助色集團，使其失去發色能力；大分子物質分解為小分子的中間體，使某些難生化降解的化學物質轉變成容易生化處理的物質)，同時反應產生的鐵系氫氧化合物是良好的絮凝劑，可對廢水中的懸浮物以及部分溶解性有機物通過絮凝沉降而與水分離，多種效應綜合作用的結果致使廢水中的色度及部分有機物被去除。另外，在微原電池周圍電場的作用下，廢水中的膠體狀態存在的污染物可在很短時間內完成電泳沉積過程，附聚在濾料表面。
3.2 實驗與討論
3.2.1 實驗材料
⑴ 鐵屑采用機械加工廢鐵屑，鐵屑為長方體片狀，厚度1mm左右，長度約為2-5mm左右，寬度為2mm左右，經酸洗、堿洗后使用；
⑵ 碳粒采用污水處理實驗后廢棄的15# 活性碳(木質再造碳)，用自來水清洗干凈，用待處理的顏料廢水浸泡72h以上，使之達到吸附飽和［注：鐵炭比為1:1］。
3.2.2 實驗內容
現按產生廢水的比例將1號、2號、3號母液水3：3：4混合（pH約為3.5）后倒入鐵碳反應柱。反應柱為自制圓形塑料柱，直徑35mm，高400mm。注入實驗用水淹沒填料，控制濾速，保證反應進行30min，60min，90min分別取水，然后加堿調pH至8—9，曝氣一個小時，經沉淀過濾后取水測其色度和CODCr的值。實驗中為檢驗pH值對其脫色效果的影響，分別將混合之后的原水調pH至2～5之間再進行鐵碳微電解反應。
3.2.3 實驗結果
實驗結果顯示進水pH以及停留時間HRT對脫色效果均有較大影響，進水pH為3或4和不調pH的條件下出水色度均穩定在2—8之間，CODCr去除率基本保持在40%左右，另一方面同等實驗條件下隨反應時間的延長，出水的色度和CODCr去除率稍呈上升趨勢，考慮到延長反應時間會增加水處理設備的容積，提高處理費用，所以可選擇反應時間為30min，同時不需調節進水pH值，保持其混合后原水pH3.5，這樣在降低操作費用，減少工程上不必要的復雜工序的同時，既不影響原水的脫色效果，也不會因向廢水中引入更多鹽類而不利于后續的生化處理。
4 結果分析與結論
本試驗進水在室溫20℃左右條件下，用稀釋后的鹽酸和氫氧化鈉溶液調節原水的pH分別為2、2.5、3、3.5、4、4.5、5，在微電解柱內分別停留30、60、90min，出水加氫氧化鈉溶液調節pH至8.5 左右，充分曝氣一小時后沉淀，取上清液測定CODCr及色度。（微電解柱出水呈弱酸性，pH 為6-7）結果見圖。
（1）在其他反應條件保持不變的情況下，pH在3—3.5左右的區間內，隨著pH的增大，色度和COD去除率呈現上升趨勢（COD去除率相對較明顯）；但在3.5-4的區間內，隨著pH的增大，COD去除率反而呈下降趨勢。
（2）在反應初始階段，隨著停留時間HRT的增長，色度的去除率增加，反應1 h后趨于平穩，基本穩定在99.7%以上;COD的去除率在反應初始階段0.5h—1h之間亦呈上升趨勢，基本穩定在45%以上。由此得出結論：停留時間小于1h隨著停留時間的增大色度和COD去除率逐漸增大，停留時間大于1h，則隨停留時間的增長，其去除率增大的趨勢緩慢。
5 工程運用分析
5.1 工程上運用時要注意以下幾點
⑴ 鐵屑在電解過程中逐漸消耗導致處理效率下降［進水1噸約消耗60g鐵］，為保證脫色率，需定期添加，使之保持在鐵碳比約1：1；
⑵ 為避免反應過程微電解柱中產生的微量沉淀與消耗完的鐵泥會導致出水速度的降低和儲水量的減少，故3個月至半年考慮反沖洗一次或翻池一次；
⑶ 工程上可考慮用石灰水調pH至8-9，價格便宜且能起到助凝和降低廢水鹽度的作用，提高生化性；
⑷ 過濾后的殘渣量比較少可做為固體垃圾處理；
⑸ 運用此預處理脫色工藝可與生化工藝相結合使廢水達標排放，也可回收將處理后的水回用于生產過程中作為漂洗顏料。
5.2 成本核算
由于鐵屑是工業切削等過程中所產生的廢料，所以低廉；活性碳只是起到惰性電極的作用，在實際處理過程中并不消耗；石灰水調節pH值，也十分經濟廉價。預計微電解脫色工藝運行成本約0.4元／噸左右（電費按0.5元／度，廢鐵屑按2元／kg，石灰按0.1元／kg估算）。（蘭州交通大學環境與市政工程學院）
參考文獻
[1] 張文博,劉發強,牛進龍.鐵炭內電解法處理化工廢水的研究[J].環境工程,2007,25:44-47.
[2] 李德生,譚磊,王寶山,徐東輝.Fenton試劑強化鐵炭微電解預處理高濃有機廢水[J].中國給水排水2006,22(17).
[3] 余宗學,安立超.高氨氮、高鹽度有機顏料廢水處理工藝研究[J].環境科學與技術,2004,27(1).
[4] 王曉霞,吳生,烏錫康.鐵炭-生化法處理高含鹽染料廢水的研究[J].環境化學,2002,21(6).
[5] 王慧娟,黃亮.鐵炭內電解法處理染料廢水的研究[J].河南化工,2007,24(11).
[6] 王喜全,胡筱敏,沈雪,何連雨.鐵炭微電解法處理染料廢水[J].環保科技,2008,(4).
[7] 黃瑾,胡翔,李毅,魏杰.鐵碳微電解法處理高鹽度有機廢水[J].化工環保,2007,27(3).
[8] 何德文,王云燕,柴立元.微電解法處理染化廢水的試驗研究[J].中南工業大學學報(自然科學版).2003.34(1).
[9] 謝林花.徐蘇霞.陳小強.微電解法處理印染廢水的實驗研究[J].陜西科技大學學報,2007,25.作者簡介：何豐（1986-），女，蘭州交通大學2008級，市政工程專業在讀研究生。
甘肅某顏料廠每天生產5噸偶氮類顏料，其中黃色顏料2噸、紅色顏料3噸（兩種品牌3144W和4B230）。生產過程中產生兩類廢水：一類為母液廢水，主要為顏料生產化學反應過程中產生，以反應釜及初期漂洗水為主；另一類廢水為漂洗顏料及沖洗設備，沖洗地面等廢水。根據實際生產用水量測算，每生產一噸顏料產生30m3母液廢水，同時產生100 m3沖洗廢水。根據2008年12月27日現場所取的1號（4B230紅母液）、2號（3144W紅母液）、3號（黃母液）3個母液水樣，經實驗分析檢測主要廢水指標如下：
1號（4B2 3 0紅母液）：pH值6 ,色度2 5 0 0倍，CODCr為7275.6mg/l，pH值為6.0，蒸發殘渣為39966mg/l；
2號（3144W紅母液）：pH值6，色度3750倍，CODCr為3859.3mg/l，pH值為6.0，蒸發殘渣為32000mg/l；
3號（黃母液）：pH值2.8， 色度80倍，CODCr為5163.0mg/l，pH值為2.8，蒸發殘渣為10882mg/l。
對照國家污水綜合排放標準（GB8978-1996）所規定的染料生產行業污水排放的相關指標（1998年1月1日后建設的單位）一級標準如下：pH=6-9、色度為50、CODCr為100mg/L、氨氮為15mg/L。僅對照廢水水樣檢測的幾個指標該生產廢水已經嚴重超過國家限定的排放標準。黃母液的CODCr超標近百倍，紅母液4B230色度超標50倍，pH也嚴重超標。根據以上廢水水質判斷甘谷宏達顏料廠的生產廢水必須經過嚴格的處理后才可排放入環境，因而合理有效的污水處理工程必須盡快建設并投入運營。
2 選擇工藝
有機顏料廢水具有有機物含量高、高色度、高含鹽量、有機物難生化降解等特點 ,再加上廢水間歇性排放、水質水量隨時間變化較大 ,給廢水處理工藝的設計、運行管理增加許多困難。目前 ,國內外處理這類廢水的主要方法有:活性碳吸附、生物降解、離子交換、膜分離、化學氧化、絮凝沉淀法等。
鐵碳微電解技術處理工業廢水，因其工藝簡單、操作方便且可達到以廢治廢的目的而在近年來受到廣泛重視。利用鐵碳微電解工藝處理印染廢水、混合工業廢水 、化工廢水的研究逐漸增多，投入生產運行的裝置也常有報道。廢水經過微電解預處理后，廢水中對微生物有抑制作用的成分減少，可降解的成分增多。微電解在幾乎完全去除色度的同時還能對廢水有機物、毒性亦有一定的降低，增強了后續生化工藝對污染物的去除效果，可生化性大大提高。其合理地與生化工藝相組合可實現工業廢水達標排放的目的，且組合工藝結構十分簡捷，具有明顯的技術優勢。由于單純的物理化學處理工藝難以使顏料生產廢水直接處理達標，因而微電解處理工藝只作為難生化處理有機顏料廢水的預處理手段。
3 實驗部分
3.1 實驗原理
微電解法是根據金屬腐蝕原理，利用鐵碳形成的原電池對廢水進行處理的方法，又稱內電解法、鐵屑過濾法等。由于在酸性無氧條件下廢水經微電解處理時，新生態氫能與顏料廢水中的許多組分發生氧化還原作用，使物質的結構發生變化，大分子分解為小分子，難降解物質轉化為易降解物質，這些物質替代原有的難降解物質存在于微電解出水中。這是多種反應共同作用的結果，主要有電極反應產生的氧化還原作用以及電極反應產物的電凝聚、吸附作用，鐵碳微電解法在作用過程中電極上發生了如下的反應 ：
反應過程中生成的Fe2+具有較高的化學還原活性，可使某些組分還原。在酸性溶液中，電極反應產生的新生態[H]與廢水中的有機污染物發生反應，使其結構被破壞(如破壞廢水的發色和助色集團，使其失去發色能力；大分子物質分解為小分子的中間體，使某些難生化降解的化學物質轉變成容易生化處理的物質)，同時反應產生的鐵系氫氧化合物是良好的絮凝劑，可對廢水中的懸浮物以及部分溶解性有機物通過絮凝沉降而與水分離，多種效應綜合作用的結果致使廢水中的色度及部分有機物被去除。另外，在微原電池周圍電場的作用下，廢水中的膠體狀態存在的污染物可在很短時間內完成電泳沉積過程，附聚在濾料表面。
3.2 實驗與討論
3.2.1 實驗材料
⑴ 鐵屑采用機械加工廢鐵屑，鐵屑為長方體片狀，厚度1mm左右，長度約為2-5mm左右，寬度為2mm左右，經酸洗、堿洗后使用；
⑵ 碳粒采用污水處理實驗后廢棄的15# 活性碳(木質再造碳)，用自來水清洗干凈，用待處理的顏料廢水浸泡72h以上，使之達到吸附飽和［注：鐵炭比為1:1］。
3.2.2 實驗內容
現按產生廢水的比例將1號、2號、3號母液水3：3：4混合（pH約為3.5）后倒入鐵碳反應柱。反應柱為自制圓形塑料柱，直徑35mm，高400mm。注入實驗用水淹沒填料，控制濾速，保證反應進行30min，60min，90min分別取水，然后加堿調pH至8—9，曝氣一個小時，經沉淀過濾后取水測其色度和CODCr的值。實驗中為檢驗pH值對其脫色效果的影響，分別將混合之后的原水調pH至2～5之間再進行鐵碳微電解反應。
3.2.3 實驗結果
實驗結果顯示進水pH以及停留時間HRT對脫色效果均有較大影響，進水pH為3或4和不調pH的條件下出水色度均穩定在2—8之間，CODCr去除率基本保持在40%左右，另一方面同等實驗條件下隨反應時間的延長，出水的色度和CODCr去除率稍呈上升趨勢，考慮到延長反應時間會增加水處理設備的容積，提高處理費用，所以可選擇反應時間為30min，同時不需調節進水pH值，保持其混合后原水pH3.5，這樣在降低操作費用，減少工程上不必要的復雜工序的同時，既不影響原水的脫色效果，也不會因向廢水中引入更多鹽類而不利于后續的生化處理。
4 結果分析與結論
本試驗進水在室溫20℃左右條件下，用稀釋后的鹽酸和氫氧化鈉溶液調節原水的pH分別為2、2.5、3、3.5、4、4.5、5，在微電解柱內分別停留30、60、90min，出水加氫氧化鈉溶液調節pH至8.5 左右，充分曝氣一小時后沉淀，取上清液測定CODCr及色度。（微電解柱出水呈弱酸性，pH 為6-7）結果見圖。
（1）在其他反應條件保持不變的情況下，pH在3—3.5左右的區間內，隨著pH的增大，色度和COD去除率呈現上升趨勢（COD去除率相對較明顯）；但在3.5-4的區間內，隨著pH的增大，COD去除率反而呈下降趨勢。
（2）在反應初始階段，隨著停留時間HRT的增長，色度的去除率增加，反應1 h后趨于平穩，基本穩定在99.7%以上;COD的去除率在反應初始階段0.5h—1h之間亦呈上升趨勢，基本穩定在45%以上。由此得出結論：停留時間小于1h隨著停留時間的增大色度和COD去除率逐漸增大，停留時間大于1h，則隨停留時間的增長，其去除率增大的趨勢緩慢。
5 工程運用分析
5.1 工程上運用時要注意以下幾點
⑴ 鐵屑在電解過程中逐漸消耗導致處理效率下降［進水1噸約消耗60g鐵］，為保證脫色率，需定期添加，使之保持在鐵碳比約1：1；
⑵ 為避免反應過程微電解柱中產生的微量沉淀與消耗完的鐵泥會導致出水速度的降低和儲水量的減少，故3個月至半年考慮反沖洗一次或翻池一次；
⑶ 工程上可考慮用石灰水調pH至8-9，價格便宜且能起到助凝和降低廢水鹽度的作用，提高生化性；
⑷ 過濾后的殘渣量比較少可做為固體垃圾處理；
⑸ 運用此預處理脫色工藝可與生化工藝相結合使廢水達標排放，也可回收將處理后的水回用于生產過程中作為漂洗顏料。
5.2 成本核算
由于鐵屑是工業切削等過程中所產生的廢料，所以低廉；活性碳只是起到惰性電極的作用，在實際處理過程中并不消耗；石灰水調節pH值，也十分經濟廉價。預計微電解脫色工藝運行成本約0.4元／噸左右（電費按0.5元／度，廢鐵屑按2元／kg，石灰按0.1元／kg估算）。（蘭州交通大學環境與市政工程學院）
參考文獻
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[8] 何德文,王云燕,柴立元.微電解法處理染化廢水的試驗研究[J].中南工業大學學報(自然科學版).2003.34(1).
[9] 謝林花.徐蘇霞.陳小強.微電解法處理印染廢水的實驗研究[J].陜西科技大學學報,2007,25.作者簡介：何豐（1986-），女，蘭州交通大學2008級，市政工程專業在讀研究生。
