目前，常用物理、化學和生物法等常規方法處理印染廢水。物化法中隔油技術法、氣浮法、吸附法等工藝實用性強，但處理效率較低，通常適用于廢水的前期預處理階段；膜分離法處理技術去除效率高且出水水質穩定可靠，但處理水量小、易堵塞并且技術成本高；臭氧氧化法操作簡便，原料易獲取，反應后排放出多余的氧氣不會對環境產生二次污染，但存在空氣源制備臭氧的效率低、臭氧發生器運行成本高的弊端；光催化氧化技術具有高效、安全、原料易得、價格低廉等優點，但也有催化劑易失活、光源利用率低等制約因素；生物法在運行過程中利用微生物氧化分解污染物，在常溫常壓下進行，技術成本較低，不產生二次污染，但微生物的配置馴化及新陳代謝容易受環境條件的影響，在沖擊負荷下易造成生化系統波動。

炭鐵微電解廣泛應用于印染廢水處理，對分散染料除色有出色的表現，但總體對COD及可生化性提高的貢獻能力一般。筆者通過對鐵炭材料的架構形式進行研究并研發出新型復合炭鐵材料，新架構下鐵和炭在廢水中形成的微動力在通氣情況下會發生一系列電化學反應，通過使廢水中有機大分子污染物的鍵斷裂等，達到廢水初步降解的預處理目的。因其具有處理成本較低、處理設備較簡單、處理效能高等優勢，可提高廢水的可生化性，減輕后續工藝負荷。

1、實驗內容

1.1 實驗儀器與藥品

實驗廢水取自某印刷廠內印刷車間的生產廢水。廢水pH值為5～6，水呈微紅棕色，COD初始濃度為120mg/L。

1.2 實驗方法

新型復合炭鐵活化過程：稱取一定質量的復合炭鐵添加5%鹽酸（復合炭鐵獨立研發，為多孔、大比表面積固態新材料），浸泡活化一段時間，用蒸餾水沖洗3min，晾干后待用。

實驗步驟：取1000mL印染廢水于燒杯中，投加一定量的已活化的復合炭鐵，調節廢水pH值，放入曝氣泵，進行攪拌曝氣反應，反應后過濾取濾液測定各種條件下的水質COD值。

2、結果與討論

2.1 活化時間的影響

采用5%鹽酸活化新材料的復合炭鐵填料在不同活化時間下對印染廢水的去除效果見圖1。隨著活化時間的增加，印染廢水中COD的去除率呈現先上升后降低的趨勢，活化時間為60min時，處理效果最好，廢水中COD的去除率為32.58%。反應時間小于60min時，活化時間不夠長，復合炭鐵內外表面殘留較多的雜質，導致反應接觸面偏少，反應不充分?；罨瘯r間超過60min后，復合炭鐵內外表面的雜質基本被去除，鐵原子暴露在鹽酸溶液中，會繼續與鹽酸反應生成H2與FeCl3，降低了反應中陽極鐵的含量，造成反應效率降低。因此，復合炭鐵的最佳活化時間為60min。

2.2 復合炭鐵投加量的影響

由圖2可知，不同的復合炭鐵投加量對印染廢水的去除效果有明顯差別。投加量低于45g/L時，COD的去除效果隨著投加量的增加而增大；投加量等于45g/L時，COD的去除率可達38.07%；投加量大于45g/L時，廢水中COD的去除率反而呈減小的趨勢。采用復合炭鐵降解印染廢水主要是利用復合炭鐵內外表面產生的一系列電解反應，當復合炭鐵用量較低時，水中的活性物質偏少，印染廢水中的有機分子和材料表面接觸受到限制，COD去除效率較低；當復合新材料投加量大于45g/L時，反應產生Fe2+的速率過快，使溶液中大量的Fe2+和水中游離的氫氧根離子反應生成氫氧化亞鐵附著在復合炭鐵表面，降低了廢水中有機物和復合炭鐵的作用面積。因此，通過上述實驗取得的最佳復合炭鐵新材料投加量為45g/L。

2.3 pH值的影響

由圖3可以看出，當印染廢水初始pH值為3時，反應的去除效果最佳，COD去除率達39.73%。印染廢水pH值過高或過低都不利于復合炭鐵反應。當溶液初始pH值低于3時，抑制了Fe3+向鐵鹽絮體的轉化，降低了鐵氧化物吸附廢水中有機污染物的能力，導致廢水中COD去除效果變差；當溶液pH值為3時，能夠保證反應所需的較高電位差，加速電極反應，并且能夠促進Fe2+、Fe3+向鐵鹽絮體轉化，加強絮凝作用，在強化電解和絮凝沉淀的共同作用下印染廢水的去除效果達到最佳；當溶液pH值大于3小于4時，溶液中沒有足夠多的H+，反應所需的電位差偏低，抑制了原電池陰極的反應，導致印染廢水COD去除率降低；溶液pH值大于4時，繼續升高pH值，溶液中的Fe容易侵蝕生成氫氧化鐵沉淀，不利于原電池陽極反應的進行，降低了復合炭鐵的反應效果。

2.4 曝氣量的影響

由圖4可知，增加反應器中的溶氧量有利于復合炭鐵去除印染廢水中的COD。當曝氣量為3L/min時，COD去除率可達40.32%；繼續增大曝氣量，印染廢水中COD的去除率反而逐漸降低到27.14%。適量的曝氣可為反應體系提供充足的O2，促進原電池陽極反應的進行，同時曝氣能使溶液更加均質化，增加有機污染物和復合炭鐵的接觸機會，使得反應過程產生的活性氫能快速降解印染廢水中的有機污染物，但當曝氣量過大時，復合炭鐵表面存在大量氣泡，反而會抑制廢水中有機污染物與復合炭鐵的接觸面積，阻礙了反應的進行，降低COD去除率。

2.5 反應時間的影響

反應時間的長短關系著反應能否進行完全、水體中的污染物能否被降解徹底等問題。由圖5可知，隨著反應時間的增加，印染廢水中COD的去除率呈先上升后下降的趨勢。反應時間在0~90min時，隨著反應時間的延長，COD的去除率不斷升高；當反應時間達到90min時，COD去除率可達45.69%；反應時間在90～180min時，COD去除率呈現緩慢下降的趨勢。反應時間小于90min時，廢水中含有足夠多的鐵，能快速反應溶解產生氫自由基、Fe2+和Fe3+，快速接觸廢水中的污染物，促進氧化還原和絮凝沉淀反應的進行。反應時間超過90min后，復合炭鐵中的鐵電極長時間置于有氧環境中，表面會逐漸發生氧化鈍化反應，使得陽極反應受到抑制，產生的電附集作用逐漸減弱。同時，復合炭鐵中剩余的Fe也會與H+發生置換反應，抑制陽極反應的進行。鐵的氧化物絮凝作用是物理吸附過程，反應90min后部分有機污染物會從鐵氧化物中脫附出來，導致COD去除率出現緩慢下降的趨勢。通過反復實驗驗證，最佳反應時間為90min。

3、結語

復合炭鐵催化劑材料利用其高比表面積，對印染廢水可起到較好的預處理作用。由實驗數據可知，新材料在濃度為5%的鹽酸中活化60min后，在炭鐵填料投加量為45g/L、曝氣量為3L/min、廢水初始pH值為3的條件下反應90min時，印染廢水中COD的去除率可達45.69%。