铁碳微电解对造纸黑液的脱色处理_任拥政

本文将微电解法引入到造纸黑液出水的脱色处理中，取得了脱色与去除COD的良好效果，出水达到《造纸工业水污染物排放标准》（GW-PB2-1999）。用微电解法对造纸黑液的出水进一步脱色与去除COD，其原理可以概述为以下几个基本原理。铸铁是铁和碳的合金,即由纯铁和Fe3C及一些杂质组成。铸铁中的碳化铁为极小的颗粒,分散在铁内。碳化铁比铁的腐蚀趋势低,因此,当铸铁浸入水中时就构成了成千上万个细小的微电池，纯铁成为阳极，碳化铁及杂质则成为阴极，发生电极反应，这便是微观电池。当体系中有活性炭等宏观阴极材料存在时，又可以组成宏观电池，其基本电极反应如下:阳极反应:Fe-2e→Fe2+E0(Fe2+/Fe)=-0.44V阴极反应:2H++2e→H2E0(H+/H2)=0V当有O2时:O2+4H++4e→2H2O(酸性溶液)E0(O2)=1.23VO2+2H2O+4e→4OH-(中性或碱性溶液)E0(O2/OH-)=0.40V当然，阴极过程也可以是有机物的还原，电极反应生成的产物具有较高的化学活性，在中性或偏酸性的环境中，铸铁电极本身及其所产生的新生态H、Fe2+等均能与废水中许多组分发生氧化还原反应，能破坏有色废水中发色物质的发色结构，达到脱色的目的。另外，由于金属离子的不断生成，能有效地克服阳极的极化作用，从而促进金属的电化学腐蚀。在酸性条件下，用铁屑处理废水时，会产生Fe2+和Fe3+。Fe2+和Fe3+是很好的絮凝剂，把溶液pH调至碱性且有O2存在时，会形成Fe(OH)2和Fe(OH)3絮凝沉淀。生成的Fe(OH)3是胶体絮凝剂，它的吸附能力高于一般药剂水解得到的Fe(OH)3吸附能力。这样，废水中原有的悬浮物，通过微电池反应产生的不溶物和构成色度的不溶性染料均可被其吸附凝聚。木质素含有较多的易螯合基团，因此有可能与中心金属离子同时生成两处或更多处的环状结构，形成具有螯合效应的“木质素螯合物”[1]。在电池反应的产物中，Fe2+和Fe3+成为中心离子，将和木质素发生螯合反应生成沉淀物而去除这些发色有机物。任拥政，章北平，张晓昱，申骞（华中科技大学环境科学与工程学院，湖北武汉430074）本文针对用白腐菌-厌氧-好氧生物法处理造纸黑液的出水色度过高，而COD也不能达标的现象，利用铁碳微电解反应柱对出水进行脱色与去除COD的研究。分析了其反应的基本原理，获得了较佳的工艺处理条件：铁炭质量比为2:1，初始pH值4.5!5.5之间，反应时间为30!40min，常温下反应等因素，最终色度与COD的去除率分别达到94.2与68.9%，出水达到了行业排放标准。铁碳微电解；脱色；造纸黑液X703.1A1000-3770(2006)04-0068-03收稿日期：2005-03-28基金项目：湖北省科技攻关项目（2001AA312B04），国家高新技术研究发展计划重点项目（2001AA）作者简介：任拥政（1975-），男，博士研究生，研究方向为城市污染水处理新技术研究和开发联系电话：13986207877；E-mail:renyz@163.com。第32卷第4期2006年4月Vol.32No.4Apr.,200668DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2006.04.018铁是活泼金属，在偏酸性水溶液中能够生成Fe2+，当水中存在氧化剂时，Fe2+可进一步被氧化为Fe3+。从铁的电极电位可以知道，在金属活动顺序表中排在铁后面的金属有可能被铁置换出来而沉积在铁的表面上。同样，其他氧化性较强的离子或化合物也会被铁或亚铁离子还原成毒性较小的还原态。当铁与碳化铁或其他杂质之间形成一个小的原电池，将在其周围产生一个电场，许多废水中存在着稳定的胶体如造纸黑液，当这些胶体处于电场下时将产生电泳作用而被附集。在弱酸性溶液中，铁屑丰富的比表面积显出较高的表面活性，能吸附多种金属离子，能促进金属的去除，同时铁屑中的微碳粒对金属的吸附作用也是不可忽视的。而且铸铁是一种多孔性的物质，其表面具有较强的活性，能吸附废水中的有机污染物，净化废水，特别是加入活性炭等物质时，其很大的比表面积和微晶表面上含有大量不饱和键和含氧活性基团，在相当宽的pH值范围内对造纸黑液中的发色分子都有吸附作用。COD值采用COD消解仪测得，滤液采用重铬酸钾消化，等到快速消化仪预热完毕后，把标准品管放入快速消化仪中进行2h消化后，在600nm测吸光值，对照标准曲线进行计算得出。由华中科技大学环境科学与工程学院研制。色度由废水过滤后（!0.45m滤膜），按CPPA标准法测定。计算公式：色度（C·U）=500A2/A1。式中，A1为500C·U铂-钴标准液的吸光度；A2为废液的吸光度（465nm）。微电解反应柱由玻璃制成，直径30mm，高度80cm，底部开孔。铸铁粉取自本校机械厂，经实验室筛