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北極星水處理網訊:用鐵碳微電解聯合過硫酸鹽深度處理造紙廢水，考察了反應時間、初始pH、鐵碳質量比、鐵碳總投加量、過硫酸鹽（PS）投加量等因素對處理效果的影響，並對不同體系下的廢水處理效果進行比較。結果表明：鐵碳微電解聯合過硫酸鹽工藝能夠有效深度處理造紙廢水，在反應時間為150min、pH=5、m（Fe0）：m（AC）=2：3、鐵碳總投加量為0.15g、PS投加量為7.5mmol/L的條件下，COD和色度去除率分別在63%、95%左右，出水水質滿足造紙工業排放標準要求（GB3544—2008）。
製漿造紙廢水成分複雜、排放量大、處理困難，經一級物化和二級生化處理後，仍存在COD高、色度深、難以達標排放等問題，需進一步處理，即三級處理或深度處理。常見的深度處理方法有物化法、生化法和高級氧化法。其中高級氧化法因氧化能力強、反應徹底、反應時間短、佔地面積小而得到廣泛應用。
基於硫酸根自由基(SO4-·)的高級氧化技術近年來得到快速發展。過硫酸鹽(PS)經過UV、超聲、熱及過渡金屬等活化後能夠產生有極強氧化能力的SO4-·。零價鐵(Fe0)活化PS是近年來的研究熱點。
萬小嬌等用Fe0活化PS深度處理垃圾滲濾液膜濃縮液，在pH＜3、溫度>45℃、n(K2S2O8):n(Fe0)>10條件下，COD去除率穩定保持在80%以上。X.Y.Wei等用零價鐵活化過硫酸鹽去除水中的苯達松，初始pH(≤7)條件下，零價鐵為4.477mmol/L、PS為0.262mmol/L時，0.021mmol/L的苯達松全部降解完全。但有研究表明，Fe0劑量低時會降低體系的氧化效率。且Fe0極易被氧化，在表面形成一層「氧化膜」，阻止反應進一步進行。
鐵碳微電解是一種廣泛用於染料廢水、石化廢水、垃圾滲濾液、醫藥廢水與焦化廢水的處理技術，其原理是基於原電池的氧化還原反應，鐵陽極為電化學腐蝕提供電子。當鐵、活性炭與廢水接觸時形成大量微觀原電池。
本研究採用鐵碳微電解聯合過硫酸鹽深度處理造紙廢水，不僅減少鐵碳用量，避免鐵屑結塊、反應床堵塞等問題，還可促進生成更多的SO4-·，高效降解有機物。
1 材料與方法
01 實驗水樣
實驗水樣取自陝西某造紙廠汙水處理站二沉池出水，主要水質指標如表1所示。
表1主要水質指標
02 試劑與儀器
試劑：零價鐵粉(Fe0，100目，0.15mm)；顆粒活性炭(AC，0.9~3mm)，使用前在原廢水中反覆吸附，減小吸附作用對實驗結果的影響；過硫酸鉀、碘化鉀、碳酸氫鈉、乙醇、叔丁醇、硫酸、氫氧化鈉，均為分析純。
儀器：JJ-4六聯攪拌器，金壇國華電器有限公司；SP-UV1100紫外分光光度計，大龍興創實驗儀器股份公司；5B-6C多參數水質測定儀，連華科技；EPS-3D色度測定儀，合肥恩帆儀器設備有限公司；Vertex70紅外光譜儀，德國布魯克；Lambda25紫外-可見分光光度計，PerkinElmer；TD4N離心機，長沙英泰儀器有限公司；AR223CN分析天平，德國賽多利斯。
03 實驗方法
在100mL廢水中依次加入活性炭、Fe0、PS，置於六聯攪拌器上進行反應，轉速為240r/min，反應溫度為室溫，溶液pH由0.1mol/L的H2SO4溶液和NaOH溶液調節。反應一定時間後取適量溶液調節pH至9~9.5，在3500r/min轉速下離心30min，取上清液進行檢測。
04 分析方法
S2O82-測定方法：配製一定濃度的K2S2O8儲備液，將不同體積的儲備液移入50mL比色管，用蒸餾水稀釋後依次加入0.2gNaHCO3、4gKI，使其充分溶解，再用蒸餾水稀釋至刻度線，搖勻後靜置顯色15min，在352nm處以純水作參比測定其吸光度，繪製濃度-吸光度標準曲線。按上述步驟測定待測溶液中K2S2O8的吸光度，用標準曲線求得濃度。
COD採用多參數水質測定儀測定；色度用精密色度儀測定。
取處理前後的廢水在40℃下烘乾，殘留物用溴化鉀壓片法進行紅外光譜掃描。
取處理前後的廢水，以純水作參比進行紫外-可見全波長掃描，掃描範圍200~700nm。
用分光光度法鑑定自由基類型。以0.2mmol/L甲基紫為反應底物，分別在體系中加入乙醇或叔丁醇(TBA)，在最佳反應條件下每隔5min取樣，在580nm處測定吸光度。
2 結果與討論
01 反應時間對廢水深度處理效果的影響
在pH為5、PS投加量為7.5mmol/L、m(Fe0): m(AC)為2:3、鐵碳總投加量為0.15g的條件下，考察反應時間對造紙廢水深度處理效果的影響。由實驗結果可知，隨著反應時間的延長，COD和色度的去除率均逐漸升高後趨於平緩。150min時COD與色度的去除率均達到最大，分別為62.6%、94.7%。隨著反應時間增加，體系中不斷有SO4-·產生，表現為COD和色度去除率不斷升高；150min後去除率趨於平緩，原因在於體系中的PS消耗殆盡。因此，確定150min為最佳反應時間。
02 初始pH對廢水深度處理效果的影響
在反應時間為150min、PS投加量為7.5mmol/L、m(Fe0):m(AC)為2:3、鐵碳總投加量為0.15g的條件下，考察初始pH對造紙廢水深度處理效果的影響。
由實驗結果可知，pH＜7時，隨著pH的升高，COD去除率逐漸升高，pH為5時達到最高值，為63.3%，可能是由於pH過低抑制了PS分解；pH＜7時對色度去除率的影響不大，基本保持在93%。當pH≥7時，隨pH的升高COD和色度去除率均逐漸降低，且PS的利用率也較低。
可見酸性條件更利於反應的進行，這可能是因為鐵碳在酸性條件下更易形成原電池，生成的高活性Fe2+和[H]不僅能與廢水中的有機物發生氧化還原反應，破壞其發色或助色基團，還能促進SO4-·的產生。綜上，確定最佳pH為5。
03 m(Fe0):m(AC)對廢水深度處理效果的影響
在反應時間為150min、pH=5、PS投加量為7.5mmol/L、鐵碳總投加量為0.15g的條件下，考察m(Fe0):m(AC)對造紙廢水深度處理效果的影響，結果如圖1所示。
圖1 m(Fe0):m(AC)對廢水深度處理效果的影響
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