《铁碳微电解处理印染废水的效能及机理研究》学习笔记

一、摘要

针对印染废水色度高、成分复杂、难降解等问题，利用铁碳微电解工艺处理该废水，提高其可生化性和处理效率。考察初始pH、铁投加量、铆碳质量比及反应时间对工艺的影响。

结果表明:在初始pH为4、铁投加量为80 g/L、铁/碳质量比为0.8及反应时间为90 min时，化学需氧量(COD)、浊度、色度、氨氮和总有机碳(TOC)去除率分别为75.48%, 87.88%,75.34%, 92.01%和81.09%。为了提高铁碳微电解工艺处理实际印染废水的效率，采用响应面法进行工艺条件优化:以COD去除率为响应值，初始pH、铁投加量、铁碳质量比及反应时间为实验因素，构建响应面模型，分析模型的显著性。结果表明:当初始pH为3.53、铁投加量为83.92 g/L、铁碳质量比为0.82及反应时间为78.48 min时，COD去除率的预测值为75.25%，与实测值相差0.23% (<2%)，可以利用该模型预测COD去除率的变化。

采用大肠杆菌对铁碳微电解工艺进、出水的生物毒性进行检测，通过分析大肠杆菌的形貌、抗氧化酶和生物标志物的变化可知:大肠杆菌在进水中呈破碎状态，而在出水中大部分为正常形态。与进水组相比，出水组中乳酸脱氢酶(LDH)释放量由对照组的2.13倍下降至1.64倍，同时活性氧物质(ROS)产生水平由对照组的19.26倍下降至4.81倍，细胞死亡率由98.1%下降至61.5%，对数期由5h延长至9h，且BODS/COD从0.151升至0.416。与进水的抗氧化酶系统相比，出水中的丙二醛(M DA)、谷胧甘肤(GSH)、超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT)和总抗氧化能力(T AOC)分别降低了80.85%, 53.73%, 67.74%, 44.90%和43.38%，铁碳微电解工艺处理后的印染废水中大肠杆菌的抗氧化能力接近正常水平。进水和出水的葡萄糖消耗量抑制率分别为85%和47%;与进水的生物标志物相比，出水中热值升高21.95%，内源荧光蛋白升高112.96%，核酸含量降低44.040/n。因此铁碳微电解工艺具有降低印染废水生物毒性的作用。

通过扫描电子显微镜(SEM), X射线能谱(EDS )及X射线衍射(XRD)分析反应前后铁碳结构的变化，采用红外光谱和紫外可见光谱等对比废水处理前后有机物成分的变化，探究印染废水的降解机理。结果表明:反应前铁碳反应器的成分以Fe, C为主，活性炭的孔隙结构发达，反应后铁碳表面附着Al, K等其它金属物质和铁的氢氧化物絮体。铁碳微电解工艺可将酷、醇类有机物分解为小分子物质，提高废水的可生化性。通过对铁碳微电解工艺处理前后的废水Zeta电位分析可知，铁碳微电解工艺反应过程中产生铁的氢氧化物絮体，具有较强的吸附絮凝作用。通过光谱分析和气一质联用色谱分析可知，铁碳微电解工艺能高效地分解醋类、醇类等污染物，使其转化为易于生化处理的小分子有机物。

二、结论

本课题采用铁碳微电解工艺处理实际印染废水，在考察其对印染废水处理效能及确定最佳工艺参数的基础上，同时对生物毒性及去除机理等方面进行了系统的研究，经过为期两年半的实验得到以下结论:

(1)、在初始pH值为4、铁投加量为80 g/L、铁/碳质量比为0.8、反应时间为90 min时，COD、浊度、色度、氨氮及TOC去除率达到最高，分别为75.48%, 87.88%,75.34%, 92.01%及81.09%，通过对进出水中Zeta电位分析可知，铁碳微电解工艺反应过程中产生铁的氢氧化物絮体，具有较强的吸附絮凝作用。

(2)、采用响应面法建立了铁碳微电解工艺处理印染废水的数学模型，其对COD降解影响程度大小顺序为:反应时间>初始pH>铁投加量>铁碳质量比，同时铁投加量与反应时间存在极显著交互作用;响应面法得到的最佳工艺条件为:初始pH为3.53、铁投加量为83.92 g/L、铁碳质量比为0.82、反应时间为78.48 min，实测COD去除率为75.480fo，其预测值为75.25%，实测值与预测值相差0.230fo (<2%)。

(3)、通过生物毒性检测可知:大肠杆菌在进水组中呈破碎状态，而在出水组中大部分为正常形态，其细胞膜破损率及死亡率降低，且对数生长期延长。铁碳微电解工艺出水中LDH及ROS分别下降了77%及25%;与进水的抗氧化酶系统相比，出水组中的MDA, GSH, SOD, CAI，和T-AOC分别降低了80.85%, 53.73%,67.74%, 44.90%和43.38%，出水中大肠杆菌的抗氧化能力接近正常水平。进水和出水的葡萄糖消耗量抑制率分别为85%和47%;与进水的生物标志物相比，出水中热值升高21.95%，内源荧光蛋白升高112.960Io，核酸含量降低44.04%。因此铁碳微电解工艺处理实际印染废水可减少出水生物毒性，使其达标排放。

(4)、通过SEM,EDS及XRD分析该工艺反应前后的铸铁屑、活性炭的变化。结果表明:反应前铸铁屑以Fe,C为主，活性炭孔隙结构发达，反应后铸铁屑及活性炭表面附着其它被置换或氧化的金属物质及铁的氢氧化物絮体;通过光谱分析和气一质联用色谱分析可知，铁碳微电解工艺能高效地分解酷类、醇类等污染物，使其转化为易于生化处理的小分子有机污染物，提高废水可生化性。