过氧化氢强化微电解法处理城市生活污水*

赵玲玲，蔡照胜

（盐城工学院化学与生物工程学院，江苏 盐城 224003）

过氧化氢强化微电解法处理城市生活污水*

赵玲玲，蔡照胜

（盐城工学院化学与生物工程学院，江苏 盐城 224003）

采用过氧化氢强化微电解法处理城市生活污水，结果表明，对初始质量浓度为300 mg/L的城市生活污水，在pH＝6，w（Fe）︰w（C）=1︰1，反应40 min，H2O2（30%）投加量0.05%（体积比）下，CODcr的去除率可达80%以上，残留CODcr质量浓度在60 mg/L以下，达到了城镇污水处理厂CODcr排放一级标准的B标准（GB 18918－2002）。此铁炭体系在重复利用19次时，对CODcr的去除率仍在50%以上。

生活污水；过氧化氢；微电解

我国是世界上人口最多的国家,随着城市人口的骤增、乡村的城镇化和人民生活水平的提高，城市污水总排放量也随之相应逐渐增加[1]。我国水污染控制的重点已经从工业点源为主的控制，逐渐转变到以城市生活污水为主的控制。然而，我国目前城市生活污水处理率尚未达到10%[2-3]。

污水生物处理法是19世纪末出现的污水治理技术，现今已成为世界各国处理生活污水的主要手段，但是污水生物处理工艺存在流程冗长、占地面积大、操作管理复杂等缺点。铁炭微电解法是利用金属的电化学腐蚀原理对废水进行处理的良好工艺，近年来被广泛研究与运用,但是单独微电解处理能力有限，探索微电解与其它处理工艺的连结及协同十分必要。而Fenton氧化法是利用Fe2+与H2O2的一系列产生羟基自由基的链式反应对废水难降解的有机物进行处理的高级氧化工艺[4]，其处理效果明显，但单独使用时处理成本较高。考虑到微电解反应中会产生一定量的Fe2+，如在进水中投加少量的H2O2，则可能在微电解反应中同时发生Fenton氧化反应而提高处理效果，同时也降低了处理成本。

1 实验部分

1.1 实验材料

生活污水取自南京某城市污水处理厂[c（COD-cr）=300 mg/L]；废铁屑（长宽约0.5 cm，南京工业大学机械加工厂）；颗粒活性炭（20～50目，吸附饱和，溧阳竹溪活性炭有限公司）。

1.2 实验仪器与试剂

仪器：85－1磁力搅拌器（金坛医疗仪器厂）；PHS-3C型精密pH计(上海精密科学仪器有限公司)；

试剂：Fe（NH4）2（SO4）2，NaOH，H2SO4，K2Cr2O7，Ag2SO4，H2O2（30%）（均为分析纯）。

1.3 实验方法

氧化：分别移取200 mL的生活污水若干份于250 mL的烧杯中，用1 mol/L的NaOH或H2SO4调节其pH值，各加入一定量的废铁屑及吸附饱和后的颗粒活性炭，且滴加一定体积的H2O2（30%）。将以上样品置于磁力搅拌器上搅拌一定时间后，静置，取上清液测定残留CODcr浓度。

根据不同实验条件，改变初始pH、铁炭比、H2O2（30%）投加量及反应时间，研究CODcr的去除效果。

1.4 工艺流程

工艺流程见图1。

2 结果与讨论

2.1 过氧化氢强化微电解实验

2.1.1 H2O2投加量对CODcr去除率的影响

废水初始CODcr 300 mg/L，pH＝5，w（Fe）︰w（C）=1︰1，反应1 h，实验结果见图2。由图2可知，H2O2（30%）投加量在0.05%～0.1%（体积比）时，CODcr的去除率均达到80%，这说明0.05%的H2O2已足够在短时间内将污染物质降解到一定程度，0.1%H2O2的加入并未提高废水CODcr的去除率，效果反而与0.05%的H2O2情况相似，这可能是由于体系中的H2O2发生副反应[5]·OH＋H2O2→H2O＋· HO2导致的。当H2O2浓度较低，有机物浓度较高时，·OH有较多的机会和有机物反应，上述副反应并不重要，但当H2O2浓度较高时，生成的·HO2氧化能力较弱，并且容易进一步反应，即·HO2＋·OH→H2O＋O2，不仅消耗·OH，而且使H2O2无效分解，降低了CODcr的去除率。因此选择合适的H2O2投加量对此类废水的处理效果有重要影响。本实验中H2O2（30%）投加量可取0.05%（体积比）。

2.1.2 反应时间对CODcr去除率的影响

废水初始CODcr300mg/L，w（Fe）︰w（C）=1︰1，pH＝5，H2O2（30%）投加量0.1%，实验结果见图3。由图3看出，此反应较快，反应30 min后，CODcr的去除率即接近80%，40 min后CODcr的去除率均在80%～83%之间，残留CODcr在60 mg/L以下。这是因为时间过短则H2O2未能反应完全，使羟基自由基·OH的产生量减少，去除率不高；时间过长则浪费资源，长时间的搅拌也会使已产生的絮体被打碎，影响反应效果。考虑到工程实际，确定最佳的反应时间为40 min。

2.1.3 pH对CODcr去除率的影响

废水初始CODcr 300 mg/L，w（Fe）︰w（C）＝1︰1，H2O2（30%）投加量0.1%，反应1 h，实验结果见图4。由图4可知，在偏酸性条件下，CODcr的去除率较高，均在80%以上。这是由于体系中的铁和炭形成微电池，pH较低时，可提高氧化电极电位，促进电极反应的进行，而电极产物以新生态的 [H]和Fe2+为主，有利于氧化还原反应的进行；Fenton反应也适宜在偏酸性条件下进行。考虑到工程实际，确定反应最佳pH为6。

2.1.4 铁炭比对CODcr去除率的影响

废水初始CODcr 300 mg/L，pH=5，H2O2投加量0.1%，反应1 h，实验结果见图5。结果显示铁炭比对处理效果也有较大的影响。随着铁炭比的增加,处理效果先增加，当铁炭质量比为1︰1左右时，CODcr去除率达到最大，80%以上；继续增加铁炭比，CODcr去除率呈缓慢下降趋势。认为造成这种现象可能是由于：（1）铁比例较少时，过多的活性炭使废水与电极反应活性产物之间的接触几率减少，处理效果差；而随着铁投加量的增加，不仅使废水与电极反应活性产物之间的接触几率增大，而且有利于反应Fe-2e→Fe2+向右进行,使活性产物Fe2+的数量增加，有利于还原有机物，也有利于Fenton氧化反应的进行，整个处理效果变好。（2）继续增加铁的量，使活性炭的量太少，以致形成的铁炭微电池的量大大减少，而Fenton氧化反应中Fe2+只是作为催化剂，所以整个处理效果下降。因此本实验中铁炭质量比定为1︰1。

2.2 反应体系的重复利用

在w（Fe）︰w（C）=1︰1，200 mL生活污水pH=6，H2O2投加量为0.1 mL，反应40 min的条件下，将处理过生活污水的铁炭体系，用来再次处理废水，研究该体系重复利用次数对CODcr去除率的影响。实验结果如下图6。

从图6可看出，随着处理次数的增加，铁炭体系对生活污水的处理效果逐渐降低。这是因为随着铁炭处理次数的增多，铁炭表面可能吸附有污染物质，一方面阻止铁炭之间的有效接触，使微电池反应减弱，活性物质减少；另一方面铁炭本身的吸附、絮凝作用也变弱，从而使得效果明显变差。但相对来说，下降比较缓慢,即使当其处理第19次时，处理率仍有55%。因此，该铁炭体系在实践中可多次应用，该方法具有投资少、运行费用低的特点。

2.3 原理

铁炭微电解法是利用金属的电化学腐蚀原理对废水进行处理的良好工艺，近年来被广泛研究与运用。但是单独微电解处理能力有限，探索微电解与其它处理工艺的连结及协同十分必要。

在上述试验中，作者认为微电解与与Fenton氧化法两者产生了协同作用，有效地提高了处理效果。

具体来说：①两反应对应的最佳pH均在酸性条件下[6-7]，有利于进行协同作用；②微电解反应产生的大量Fe2+与原子H促进了Fenton反应的进行，特别是微电场的作用加快了Fenton反应的电子传递过程，对羟基自由基的产生具有激发作用[8]；③H2O2的存在相当于给微电解反应提供了原子氧，有效地促进了铁屑的腐蚀从而提高微电解处理能力；④Fenton反应去除或破坏了一部分微电解作用难降解的有机物，有利于微电解反应中的絮凝，网捕，架桥，挟裹等作用的发挥，使得处理效果十分明显。

3 结论

（1）本实验采用过氧化氢强化微电解的方法处理城市生活污水，在最佳操作条件pH＝6，w（Fe）︰w（C）=1︰1，反应40 min，H2O2（30%）投加量0.05%（体积比）下，CODcr的去除率可达80%以上，COD-cr质量浓度从300 mg/L降至60 mg/L以下，达到城镇污水处理厂CODcr排放一级标准的B标准（GB 18918－2002）。

（2）此铁炭体系在重复利用19次时，对CODcr的去除率仍在50%以上。

（3）有关该反应体系的反应原理还有待于进一步研究。

[1]李顺.淡水危机与节水技术[M].北京:化学工业出版社，2002：6.

[2]籍国东，姜兆春，赵丽辉，等.我国水资源的现状分析与对策探讨[J].环境科学进展，1998，7（5）:85－95.

[3]伊武军.资源、环境与可持续发展[M].北京:海洋出版社，2001：9.

[4]S.H.Lin，C.C.Lo.Fenton Process for Treatment of Desizing[J].Water.Res.，1997,31（8）:2050-2056.

[5]Glazew H，Kangj W，Chapin D H.The Chemistry of Water Treat ment Proces-ses Involving Ozone，Hydrogen Peroxide and Ultravi olet Radiation[J].Ozone Science and Engineering，1987，9（4）：335 -352.

[6]陈丽华.Fenton试剂的特性及其在废水处理中的运用[J].化学工程，2001，48（3）:24－25.

[7]詹燕.铁屑内电解法对苎麻废水的预处理研究[J].工业水处理，2003，23（1）:28－31.

[8]王罗春，闻人勤，丁桓如.Fenton试剂处理难降解有机废水及其运用[J].环境保护科学，2000，27（3）：11－14.

Treatment of Domestic Wastewater by H2O2Enhanced Micro-electrolysis

ZHAO Ling-ling，CAI Zhao-sheng
（Yancheng Institute of Technology，Jiangsu Yancheng 224003，China）

H2O2enhanced micro-electrolysis was studied to treat domestic wastewater.The results show that when initial mass concentration of CODcr is 300 mg/L，w（Fe）︰w（C）=1︰1，pH=6，dosage of H2O2（30%）=0.05%，reaction time=40 min，removal rate of CODcr reaches 80%，mass concentration of CODcr decreases below 60 mg/L and reaches GB 18918－2002.After the above system is reused for 19 times,the removal rate of CODcr can still reach 50%.

Domestic wastewater；H2O2；Micro-electrolysis

X703

A

1671-0460（2010）02-0180-04

盐城工学院2010年度人才引进科研项目（XKR2010060）

2009-11-27

赵玲玲（1983-），女，助教，硕士研究生，2008年毕业于南京工业大学,研究方向为污水处理技术。E-mail：zll830401@126.com。