在金屬加工、表面處理、電鍍、制革等工業(yè)中一系列染色處理會(huì )產(chǎn)生大量染色廢水，這類(lèi)廢水含有大量表面活性劑、染料等物質(zhì)，普遍具有高COD和高色度。另外由于含重金屬類(lèi)染料的廣泛使用，使得該類(lèi)廢水中含有大量重金屬污染物，其中以鉻最具毒性，也最難處理。鉻屬于國家環(huán)保標準中第一類(lèi)污染物，需嚴格控制，如果處理不當直接排入水體會(huì )對生態(tài)環(huán)境造成破壞，危害人體健康。含鉻染色廢水中鉻的存在形式一般有Cr(VI)和Cr(III)兩種，相對Cr(III)而言，Cr(VI)具有強氧化性，且毒性是Cr(III)的100倍。GB21900-2008《電鍍污染物排放標準》中表3規定的工業(yè)污水排放限值要求Cr6+的最高允許排放濃度為0.1mg?L-1和總鉻0.5mg?L-1，對電鍍企業(yè)鉻排放監控嚴格。此外，色度作為水質(zhì)檢測中一項常規指標，往往代表著(zhù)水體中含有特定污染物，簡(jiǎn)單的脫色方法并不能使絡(luò )合態(tài)的含鉻染料分子物質(zhì)分離。因此，處理含鉻染色廢水技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)尤為重要。

　　三維電解技術(shù)是基于傳統的平板二維電極，增加粒子電極，使電解槽的面體比增加，提高處理能力。該技術(shù)工藝憑借環(huán)境友好型，應用于預處理高濃度難降解有機廢水，目前在處理各類(lèi)染色廢水中也已有一些成功的應用。絡(luò )合態(tài)的染料分子在電極電荷以及在電極產(chǎn)生的具有很高的化學(xué)活性新生態(tài)H+作用下，使其粒子表面電荷、電位改變，發(fā)生氧化還原反應，分子失穩。鐵碳粒子電極釋放出的Fe2+經(jīng)中和及曝氣后生成優(yōu)良的膠體絮凝劑Fe(OH)3使染料分子顆粒產(chǎn)生絮凝、沉淀，達到廢水脫色效果。與傳統物化學(xué)法相比，三維電解技術(shù)效率高、成本低、設備簡(jiǎn)單、易操作，已成為近幾年來(lái)廢水處理的研究熱點(diǎn)。

　　芬頓氧化法是通過(guò)添加適量Fe2+與H2O2，酸性環(huán)境下H2O2與Fe2+反應生成強氧化能力的?OH和OH-，將難降解的有機物氧化分解，發(fā)色基團和助色基團不飽和結構破壞，以達到脫色的目的，另一方面利用Fe(OH)3膠體絮凝作用吸附有機分子，使其通過(guò)沉淀去除。相比普通氧化法處理成本和效率上有了很大的提高，同時(shí)，芬頓反應可與其他處理工藝相結合，提高處理效率且能夠降低處理成本。

　　本研究嘗試將三維電解-芬頓氧化聯(lián)用處理含鉻染色廢水，為有效降解染色廢水提供新的處理途徑。

　　1、材料與方法

　　1.1 試驗材料及儀器

　　供試廢液樣品取自廣東省東莞市某PCB廠(chǎng)陽(yáng)極氧化表面處理生產(chǎn)線(xiàn)的含鉻染色廢水：COD為4521mg?L-1，pH值為6.85，電導率為228μs?cm-1，總鉻濃度為24.21mg?L-1，Cr6+濃度為5.71mg?L-1。

　　所需試劑及溶劑為本地供應商提供，均為分析純;E3620A實(shí)驗室用兩路輸出電源;pH值采用酸度計測定，電導率采用電導率測定儀測定，色度參考張莘民提出方法用紫外分光光度計測定，總鉻濃度采用原子吸收分光光度計測定，Cr6+濃度用紫外分光光度計測定。

　　1.2 試驗方法

　　三維電解裝置如圖1所示，該反應器以石墨板為陰陽(yáng)極，內部充填鐵碳顆粒，作為第三粒子電極。該反應器底部采用空氣曝氣。

　　1.3 數據處理與分析

　　脫色率按照以下公式計算：

　　式中：A₀為反應前溶液吸光度，A為反應后溶液吸光度。

　　總鉻去除率按照以下公式計算：

　　式中：C為反應結束后溶液總鉻的濃度，C₀為反應前溶液總鉻的濃度。

　　采用MicrosoftExcel軟件進(jìn)行統計分析，Origin8.5.1軟件作圖。

　　2、結果與討論

　　2.1 三維電解處理方案

　　2.1.1 電壓對脫色及總鉻去除效果的影響

　　在不同的電壓條件下(10V、20V、30V、40V、50V)對廢液樣品進(jìn)行電解處理30min后加入絮凝劑，使其絮凝沉淀，過(guò)濾?？疾烊S電解輸出電壓對廢水脫色及總鉻去除效果的影響。實(shí)驗結果如圖2所示。

　　由圖2可知，廢水脫色及總鉻去除效果與電壓呈正相關(guān)，電壓過(guò)低，電化學(xué)進(jìn)行程度不徹底，影響處理效果。當控制電壓為40V，脫色率及總鉻去除率分別為81.2%和91.70%。但當進(jìn)一步增加電壓至50V時(shí)，脫色率及總鉻去除率反而有所降低，分別為79.9%和89.96%。這是由于隨著(zhù)電壓的升高，在極間距不變的情況下，電場(chǎng)強度增大，粒子電極之間電勢加大，氧化性提高。所以隨著(zhù)電壓升高，脫色率上升。然而當電壓過(guò)高，則會(huì )導致反應強度過(guò)大，雖能增快反應速率，但副反應增多，同時(shí)高電壓使粒子電極發(fā)生了鈍化，導致脫色及總鉻去除效果下降。電壓增加的同時(shí)可增加帶電粒子運動(dòng)，有利于電解絮凝反應的進(jìn)行，但槽電壓越大，能耗也越大，出于經(jīng)濟考慮可選用在40V電壓強度下進(jìn)一步實(shí)驗。

　　2.1.2 電解時(shí)間對脫色及總鉻去除效果的影響

　　在40V電壓強度下對廢液樣品進(jìn)行三維電解處理，分別在電解時(shí)長(cháng)為15、30、60、90、120min取適量樣品，加入絮凝劑使其絮凝沉淀、過(guò)濾?？疾烊S電解時(shí)間對廢水脫色及總鉻去除效果的影響。實(shí)驗結果如圖3所示。

　　由圖3可知，電解反應時(shí)間過(guò)短，廢水的脫色及總鉻去除效果較差，不能使廢水脫色。當電解時(shí)間為60min時(shí)，脫色率及總鉻去除率分別為83.7%和93.62%。表明隨著(zhù)電解反應時(shí)間的延長(cháng)，廢水脫色率和總鉻去除率均升高，這是由于電解過(guò)程產(chǎn)生的H2O2隨電解時(shí)間延長(cháng)而生成量增加，可增強氧化能力。同時(shí)三維電解過(guò)程中產(chǎn)生了大量膠體絮凝劑Fe(OH)3，起到了絮凝沉淀的作用，使得廢水脫色率和總鉻去除率升高。但進(jìn)一步延長(cháng)時(shí)間處理效果提升不明顯。

　　2.2 芬頓氧化處理方案

　　2.2.1 芬頓試劑投加量對脫色及總鉻去除效果的影響

　　取試供水樣設置四組實(shí)驗組，每組各1L分別用1mol?L-1的H2SO4溶液將三組水樣調節pH至3，第一組加入5gFeSO4和5mLH2O2;第二組加入10gFeSO4和10mLH2O2;第三組加入15gFeSO4和15mLH2O2;第四組加入20gFeSO4和20mLH2O2進(jìn)行芬頓氧化，氧化時(shí)長(cháng)控制為0.5h，待氧化完全后用mol?L-1的NaOH溶液將三組水樣pH值調節至8.5，絮凝使其沉淀，過(guò)濾?？疾旆翌D試劑投加量對廢水脫色及總鉻去除效果的影響，實(shí)驗結果如圖4所示。

　　廢水脫色率隨著(zhù)芬頓試劑投加量的增加而有所增加，當加入10gFeSO4和10mLH2O2芬頓氧化時(shí)，脫色率達到89.5%，總鉻去除率達到99.80%，進(jìn)一步增加芬頓試劑投加量對廢水脫色率及總鉻去除率變化穩定。絡(luò )合態(tài)染料分子的氧化降解主要依靠酸性條件下Fe2+催化H2O2所產(chǎn)生的強氧化能力的?OH來(lái)完成的，芬頓試劑投加量直接影響廢水處理效果。另一方面，反應體系發(fā)生反應Fe2++H2O2=Fe3++?OH+OH-，隨著(zhù)反應的進(jìn)行會(huì )產(chǎn)生Fe3+起一定絮凝作用，在一定程度上，加強芬頓反應的脫色作用。隨芬頓試劑投加量增加，染料分子快速分解氧化，脫色率明顯上升;但當進(jìn)一步增大投加量時(shí)，反應體系發(fā)生副反應H2O2+2?OH=H2O+O2，H2O2和?OH無(wú)效分解使處理效果不再顯著(zhù)增加。

　　2.2.2 芬頓氧化時(shí)長(cháng)對脫色及總鉻去除效果的影響

　　取試供水樣設置五組實(shí)驗組，每組各1L，分別用1mol?L-1的H2SO4溶液將五組水樣調節pH至3，加入10gFeSO4和10mLH2O2進(jìn)行芬頓氧化，分別設置氧化反應時(shí)長(cháng)為15、30、60、90、120min，待氧化完全后用1mol?L-1的NaOH溶液將五組水樣pH值調節至8.5，絮凝使其沉淀，過(guò)濾?？疾旆磻獣r(shí)間對廢水脫色及總鉻去除效果的影響。實(shí)驗結果如圖5所示。

　　圖5所示為芬頓氧化反應15、30、60、90、120min時(shí)含鉻染色廢水脫色及總鉻去除效果。廢水脫色率及總鉻的去除率隨著(zhù)反應時(shí)間的延長(cháng)而增大，60min時(shí)，脫色率達到90.3%，總鉻去除率達到99.90%;60min后，色度和總鉻去除率增幅變小，反應基本平緩。這是因為反應進(jìn)行到60min時(shí)，芬頓氧化反應中大部分H2O2被消耗，產(chǎn)生的?OH的量減少，另外在反應中可能產(chǎn)生了一些難以被?OH氧化的中間產(chǎn)物，廢水色度和總鉻的去除率難以進(jìn)一步提高。

　　2.3 三維電解-芬頓聯(lián)用處理方案

　　在40V電壓強度下對廢液樣品進(jìn)行三維電解處理，控制電解時(shí)長(cháng)為60min后加入絮凝劑使其絮凝沉淀，過(guò)濾。取全部濾液用1mol?L-1的H2SO4溶液調節pH至3，分別按5g?L-1FeSO4和5mL?L-1H2O2的試劑比例和10g?L-1FeSO4和10mL?L-1H2O2的試劑比例加入芬頓試劑進(jìn)行芬頓氧化，控制芬頓氧化反應時(shí)長(cháng)均為60min，待氧化完全后用1mol?L-1的NaOH溶液將水樣pH值調節至8.5，絮凝使其沉淀，過(guò)濾?？疾烊S電解-芬頓聯(lián)用對廢水脫色及總鉻和Cr6+去除效果。實(shí)驗結果如表1所示。

　　由表1可知，三維電解-芬頓聯(lián)用處理含鉻染色廢水最好能使脫色率達到99.99%，剩余總鉻及Cr6+的濃度在檢出限以下。并且采用三維電解-芬頓聯(lián)用處理含鉻染色廢水時(shí)將芬頓藥劑量減半處理也能使脫色率達到99.98%，剩余總鉻和Cr6+的濃度滿(mǎn)足GB21900-2008中表3排放標準在檢出限以下。另外三維電解選用的粒子電極為鐵碳顆粒，會(huì )產(chǎn)生大量Fe2+，此外，芬頓氧化加入過(guò)量的FeSO4，均能很好的將Cr6+還原成Cr3+，通過(guò)加堿沉淀，使其以Cr(OH)3形式得以去除。

　　3、結論

　　(1)本研究發(fā)現相比單一處理工藝，三維電解―芬頓氧化聯(lián)用技術(shù)處理含鉻染色廢水，可有效降低廢水中總鉻的含量，并達到快速脫色的目的。當設置三維電解電壓40V對含鉻染色廢水電解60min，后加入20g?L-1FeSO4和20mL?L-1H2O2芬頓氧化60min后可以使廢水脫色率達到99.99%，剩余總鉻及Cr6+的濃度在檢出限以下，達到GB21900-2008《電鍍污染物排放標準》中表3排放標準。

　　(2)實(shí)際工程應用中，在滿(mǎn)足GB21900-2008《電鍍污染物排放標準》中表3排放標準的前提下采用三維電解―芬頓氧化聯(lián)用技術(shù)處理含鉻染色廢水可以減少芬頓藥劑的用量，從而使得工藝相應的產(chǎn)泥量也能減少，可降低企業(yè)的運行費用。(來(lái)源：深圳市世清環(huán)?？萍加邢薰?