化學(xué)清洗廢水是工業(yè)領(lǐng)域去除生產(chǎn)設(shè)備金屬表面因安裝或運行過程形成的污垢而產(chǎn)生的廢水〔1〕。該類廢水中含有表面活性劑、磷酸鹽及其他無機鹽、乳化油、緩蝕劑、懸浮物（主要是銹垢、泥沙及其他機械雜質(zhì)）、金屬離子等。其有機物和無機鹽濃度高，生化性能差。
對于此類廢水應(yīng)根據(jù)實際情況選擇不同的處理技術(shù)。目前處理工藝主要有破乳分離、熱解處理、微生物分解、沉淀、吸附、氧化還原、中和等。近年來，鐵炭微電解工藝和Fenton 試劑法處理高濃度難降解有機廢水正成為國內(nèi)外研究的熱點。鐵炭微電解法〔2〕利用金屬腐蝕原理，形成原電池對廢水進行處理。由于其適用范圍廣﹑壽命長﹑處理效果好﹑成本低﹑操作維護方便，近年來受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。Fenton 試劑具有極強的氧化能力，在處理難生物降解或一般化學(xué)氧化劑難以奏效的有機廢水時，具有反應(yīng)迅速、溫度和壓力等反應(yīng)條件溫和且無二次污染等優(yōu)點。S. M. Kim 等〔3〕先通過混凝沉淀大幅度降低廢水中溶解的有機物、乳化油和懸浮物，再進行鐵炭微電解反應(yīng)，出水中加入H2O2，使其與鐵炭微電解生成的Fe2+構(gòu)成Fenton 試劑，產(chǎn)生的·OH 能迅速引發(fā)氧化鏈反應(yīng)，最終將有機化合物分解為CO2和H2O。微電解產(chǎn)生的Fe2+可供后續(xù)Fenton 試劑法使用，無需添加Fe2+，很大程度上降低了成本，而且能強化鐵炭微電解的氧化能力，同時節(jié)約了H2O2的用量，并達到較好的處理效果。筆者采用混凝+鐵炭微電解/H2O2+活性炭吸附法處理高COD 化學(xué)清洗廢水，以期為化學(xué)清洗廢水處理提供新思路。
1 實驗部分
1.1 廢水水質(zhì)
化學(xué)清洗廢水取自江西宜春某環(huán)保清洗系統(tǒng)設(shè)備廠，廢水水質(zhì)：CODCr為4 500~5 000 mg/L，油質(zhì)量濃度為20~30 mg/L，pH 為12~13，水溫約30～40 ℃。
1.2 儀器、試劑與分析方法
儀器：六聯(lián)無級變速電動攪拌器（上�？v躍電子科技有限公司），JJ-1 型精密增力電動攪拌器（金壇宏華儀器廠），pHS-25 型pH 計（武漢金帝儀器設(shè)備有限公司），BS224SAG104 電子分析天平（德國賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司），CS101 型電熱鼓風(fēng)干燥箱（深圳市眾鑫達自動化儀表有限公司），立式萬用電爐。
試劑：聚鋁、聚丙烯酰胺、重鉻酸鉀、硫酸銀、鐵粉、活性炭、石墨、濃硫酸、H2O2溶液（質(zhì)量分數(shù)30%）、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、硫酸汞、氫氧化鈉，均為分析純；試亞鐵靈指示劑。
分析方法：COD 采用重鉻酸鉀法測定，pH 采用酸度計進行測定。
1.3 實驗方法
（1）混凝實驗：取200 mL 廢水水樣置于250 mL燒杯中，投加一定量的混凝劑，置于六聯(lián)攪拌機上攪拌（開始時快攪2 min，隨后慢攪8 min），反應(yīng)一定時間后靜置，取上清液測定COD，以確定最佳pH、PAC、PAM 用量和沉淀時間。
（2）鐵炭微電解/H2O2單因素影響實驗：取100 mL混凝上清液置于250 mL 燒杯中，調(diào)節(jié)pH，投加一定量的鐵粉和石墨，反應(yīng)3 h 后滴加H2O2溶液，再反應(yīng)一段時間，沉淀30 min 后取上清液測定COD，確定最佳m（Fe）∶m（C）和鐵炭總用量。
（3）鐵炭微電解/H2O2正交試驗：根據(jù)上述單因素試驗得到的最佳條件進行正交試驗，進一步確定最佳pH、H2O2用量以及反應(yīng)時間。
（4）活性炭吸附實驗：取混凝+鐵炭微電解/H2O2處理后的廢水50 mL，在不同pH 下研究活性炭投加量與出水水質(zhì)的關(guān)系。
（5）聯(lián)合處理實驗：根據(jù)上述實驗結(jié)果確定的最佳條件進行聯(lián)合處理重復(fù)實驗，考察其穩(wěn)定性。
2 結(jié)果與討論
2.1 混凝沉淀正交試驗設(shè)計與分析
確定影響混凝沉淀的主要試驗變量：反應(yīng)初始pH（A）、PAC 投加量（B）、PAM 投加量（C）、沉淀時間（D）。選取各因素水平（見表1），按照L9（34）進行正交試驗，結(jié)果如表2 所示。
表1 因素與水平
表2 正交試驗結(jié)果
由表2 可知4 個因素的主次關(guān)系：PAM 投加量>PAC 投加量> 沉淀時間>pH，最佳條件為A1B2C2D2，即pH=8、PAC 投加量為50 mg/L、PAM 投加量為2 mg/L，沉淀時間為40 min。試驗過程中觀察到PAC 與PAM 聯(lián)用處理化學(xué)清洗廢水時，CODCr去除率較高，加入助凝劑后礬花大且沉降快；PAC 單獨使用時生成的絮凝體粒徑小，停止攪拌5 min 后絮凝沉淀才有明顯效果，90~100 min 后絮凝體沉淀才較完全；而PAC 與PAM 聯(lián)用時生成的絮凝體體積大，停止攪拌后馬上就有明顯的沉淀效果，且30~40 min 后絮凝沉淀已較完全。這是因為助凝劑可以調(diào)節(jié)和改善混凝的條件，也可以改善絮凝體的結(jié)構(gòu)，通過強烈的吸附架橋作用使細小松散的絮凝體變得粗大而緊密〔4〕。
2.2 鐵炭微電解/H2O2單因素影響實驗
2.2.1鐵炭比的確定
為了確定鐵炭微電解/H2O2反應(yīng)的最佳鐵炭比，根據(jù)初步試驗結(jié)果，調(diào)節(jié)pH 至3、鐵粉投加量為30g/L、H2O2投加量為2.5 mL/L，反應(yīng)時間為120 min，改變石墨投加量，分析m（Fe）∶m（C）對COD 去除率的影響（鐵炭反應(yīng)水是經(jīng)混凝沉淀處理后的過濾出水），結(jié)果如圖1 所示。
由圖1 可知，m（Fe）∶m（C）＝1∶1 時，COD 去除率已基本達到最大，繼續(xù)提高石墨的投加比例，COD去除率沒有太大的提高。原因在于鐵屑的數(shù)量有限，難以形成足夠的微電池；同時石墨用量的增加使廢水與鐵屑的接觸機會減少，也影響了反應(yīng)進度。綜合考慮原料投加量對處理成本的影響，選擇m（Fe）∶m（C）=1∶1 最適合。
2.2.2鐵炭用量的確定
固定m（Fe）∶m（C）＝1∶1、pH＝3、H2O2投加量為2.5 mL/L，反應(yīng)時間為120 min，改變鐵炭投加總量（Fe+C），分析其對COD 去除率的影響，見圖2。
由圖2 可知，當鐵炭投加總量為60 g/L 時，COD去除率基本達到最大，繼續(xù)增加投加量COD 去除率反而下降。這是因為隨著鐵炭投加總量的增加電解產(chǎn)生的Fe2+濃度升高，造成羥基自由基復(fù)合幾率增大，不能有效與有機物反應(yīng)〔5〕。綜合考慮COD 的去除和處理成本，鐵炭投加量以60 g/L 最適合。
2.2.3鐵炭微電解/H2O2正交試驗設(shè)計與分析
確定影響鐵炭微電解/H2O2法的主要試驗變量為反應(yīng)初始pH（A）、H2O2投加量（B）、反應(yīng)時間（C）。選取各因素水平（見表3），按照L9（34）進行正交試驗，結(jié)果如表4 所示。
表3 因素與水平
表4 鐵炭微電解/H2O2正交試驗結(jié)果
由表4 可知，影響COD 去除率的3 個因素主次關(guān)系為pH>H2O2投加量>反應(yīng)時間，最佳條件為A1B2C1，即pH 為2、H2O2投加量為4 mL/L、反應(yīng)時間為60 min。在強酸性條件下，COD 的去除率較高，提高pH 后去除率降低。這是由于加入的鐵屑先進行微電解反應(yīng)，此時H+越多生成的Fe2+就越多；加入H2O2溶液后，H2O2可在Fe2+催化下釋放出氧化性極強的·OH，將水中有機物氧化分解成CO2和H2O，降低水中的COD；同時·OH 能將Fe2+迅速氧化成Fe3+，并以Fe（OH）3形式析出，絮狀Fe（OH）3具有絮凝作用，可進一步降低廢水COD〔6〕。因此，較低的pH 有利于·OH 的產(chǎn)生，提高處理效果。
由此可知，pH 為主要影響因素，是決定處理效果的關(guān)鍵，因此必須嚴格控制反應(yīng)的pH。
2.3 活性炭吸附條件的確定
確定影響活性炭吸附效果的主要試驗變量為反應(yīng)初始pH（A）、活性炭投加量（B）、吸附時間（C）。選取各因素水平（見表5），按照L9（34）進行正交試驗，結(jié)果如表6 所示。
表5 因素與水平
由表6 極差分析可知，影響COD 去除率的3 個因素主次關(guān)系為活性炭投加量>吸附時間>反應(yīng)初始pH，最佳條件為A2B2C2，即pH 為6，活性炭投加量為20 g/L，吸附時間為120 min。活性炭水處理所涉及的吸附過程較為復(fù)雜，影響因素也較多。低pH時水中有機物電離度較小，吸附去除率高，且活性炭表面負電荷隨著溶液中H+的增加而被中和，具有更高的活化表面，吸附性能變得更好〔7〕。
表6 活性炭吸附正交試驗結(jié)果
2.4 聯(lián)合工藝處理效果
采用混凝+鐵炭微電解/H2O2+活性炭吸附工藝，按最佳運行工藝條件對高濃度化學(xué)清洗廢水進行處理，進水COD 為4 750 mg/L，連續(xù)進行7 次實驗。實驗結(jié)果表明，采用該工藝處理高濃度化學(xué)清洗廢水，工藝運行穩(wěn)定，COD 去除率穩(wěn)定在98%左右。
3 結(jié)論
（1）確定了采用混凝+鐵炭微電解/H2O2+活性炭吸附聯(lián)合工藝處理高濃度化學(xué)清洗廢水時各影響因素的主次關(guān)系及最佳工藝條件。
（2）在最佳運行工藝條件下，采用混凝+鐵炭微電解/H2O2+活性炭吸附聯(lián)合工藝處理高濃度化學(xué)清洗廢水，COD 總?cè)コ蔬_98%以上，出水COD 降至100 mg/L 左右，達到了國家一級排放標準（GB 8978—1996）。聯(lián)合工藝運行穩(wěn)定、成本合理、操作簡單，是高濃度化學(xué)清洗廢水適宜的處理技術(shù)。
