铁炭微电解法处理EDTA-Cu配合废水工艺研究

摘要

乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraacetic acid,EDTA)是一种重要的人造有机多元酸络合剂，能与各种金属阳离子形成高度稳定的水溶性络合物。EDTA的强络合性能可防止金属离子沉淀，阻止金属离子的催化作用，增加溶液中金属离子可获得性，或从系统中去除金属离子，被广泛用于商业和家用洗涤剂、纺织与造纸工艺漂白过程、金属电镀过程、食品工业、医学和农业。由于它很难被常规水和废水处理工艺所去除，迫切需要开发EDTA重金属有机废水处理新技术。
　　 论文以EDTA有机废水、EDTA-Cu重金属有机配合废水为研究对象，采用铁炭微电解方法对该类型废水进行处理，考察反应时间、反应温度、Fe/C质量比、pH值等因素对EDTA有机废水及重金属有机配合废水去除效果的影响，并进一步解释羟基自由基产生的机理和羟基自由基和有机物降解之间的关系。以该理论为指导对铁炭填料层进行改性，使用翻滚电镀的方法使得溶液中的硫酸亚铁较为细小的覆盖于活性炭表面上，考察了最佳电镀时间与微电解反应时间条件下EDTA-Cu的脱除效果，开发了一套电镀包裹活性炭改性的铁炭微电解法降解EDTA、EDTA-Cu废水的新工艺。
　　 通过研究得出了以下结论：
　　 （1）基于铁炭微电解原理设计开发了一套铁炭微电解柱状反应器，并应用于EDTA和EDTA-Cu难降解有机废水的处理。
　　 （2）铁炭微电解处理EDTA废水最佳工艺条件是：pH值为2-4，温度常温，Fe/C质量比≥0.01，反应时间大于30min，有氧气存在，优化条件下EDTA的脱除率达到83.8％。
　　 （3）铁炭微电解通过微电解过程的原电池反应、氧化还原反应、羟基自由基氧化等作用，逐步将Cu-EDTA废水中的有机物组分降解为其他小分子物质并使铜游离出来。铁炭微电解处理Cu-EDTA废水的最佳工艺条件：pH值2-4，温度为常温，Fe/C比0.02，微电解反应时间60min，有氧气存在，在该条件下使TOC浓度为200mg/L，铜离子浓度为60mg/L的EDTA-Cu废水反应后TOC残余含量40.66mg/L，絮凝沉淀后Cu残余含量最低1.718mg/L，达到了直接处理简单有机废水的目的，也达到了预处理生物难降解的配合废水的效果。
　　 （4）改性条件控制在电流2.5A、电压80V、以硫酸钠为电导剂、硫酸亚铁为中性电解液，在反应器中进行电镀可以将活性炭表面镀上铁颗粒。在改性条件下电镀30分钟的铁包覆活性炭粒子具有处理EDTA-Cu废水的最佳效果，处理后废水中TOC残余含量35.65mg/L，絮凝沉淀后Cu残余含量为0.8618mg/L。
　　 （5）根据微电池原理及Fenton反应导出了羟基自由基·OH产生量的热力学关系式lg[·OH](?)=36.69－lg[Fe3＋]＋lgPo2－3pH。活性炭表面羟基自由基OH生成量的大小取决于体系中铁离子浓度、溶解氧浓度及pH值，合理解释了各因素对EDTA脱除率的影响规律。