1. 前言
微电解法是一项被广泛研究与应用的废水处理技术，其实质是利用金属腐蚀原理形成的原电池对废水进行处理 [1] [2]。该技术操作方便、工艺简单，近年来受到广泛重视，同时也为污水除N、P和有机物拓展了新思路 [3]。本研究以玉溪某餐具清洗服务公司生产排放废水为研究对象，考察了不同污水PH值、铁碳微电解填料投加量对餐具清洗废水中N、P、COD去除效果的影响，并对其去除机理进行探讨，为铁碳微电解材料在餐具清洗废水处理方面提供数据支撑。
2. 试验步骤方法
2.1. 试验水样采集
本次试验用水取自玉溪某餐具清洗服务公司生产排放废水，该废水总氮、总磷、CODCr浓度分别为79.109 mg/l、10.043 mg/l、524.77 mg/L；水样PH值在7至8之间。
2.2. 试验方法
实验1：本次试验考虑到其他影响因素，所以取餐具清洗废水混匀后进行试验，并在保持铁碳在污水中同一停留时间、振荡器震荡速率一致。取五个1L塑料量杯清洗干净烘干后在用分析天平分别称取铁碳微粒50.54 g、100.50 g、150.33 g、200.44 g、251.71 g于量杯中，再取500 ml生活污水放入量杯中，把量杯固定放在HY-6双层调速振荡器上以一分钟80转的速度振荡5小时，使污水与铁碳微粒充分接触，使其充分反应；待其振荡静止后分别取五个量杯中的水样进行试验测定处理后污水中的总氮、总磷、COD含量。
实验2：取五个干净量杯分别称取100.62 g、100.60 g、99.79 g、100.12 g、100.00 g放入量杯中；在使用多参数水质测定仪调节各个量杯中水样的PH值，用盐酸溶液将五个量杯中pH值分别调至1.98、2.88、4.01、4.83、5.86；放在HY-6双层调速振荡器上以一分钟80转振荡5小时后，取水样测其总氮、总磷、COD含量。
3. 分析与讨论
3.1. 不同质量铁碳对餐具清洗废水处理效果
本次实验1计算得到的数据如表1所示，在各项测定指标中可看出，当铁碳微粒加入的质量越大铁碳在污水中形成的微原电池也就越多，能在污水中进行更多的氧化还原反应对污水中的氮、磷和COD去除效果也就越好；当500 ml污水中加入不同质量铁碳微电解填料处理后TN、TP、COD浓度结果见表1。
Table 1. Pollutant concentration after treatment with different dosage of iron and carbon
表1. 不同铁碳投加量处理后污染物浓度
考虑到铁碳的经济效益，在铁碳实际应用过程中不可能尽可能无限增加铁碳的加入量增加污染物去除率，这样可能会导致这样处理污水投资过大，不利于实际处理，因此应计算当以同一比例加入的铁碳质量对污水中各种污染物去除效率，找到既可以使得污水得到净化又可以降低成本的铁碳投入量 [4]。
根据实验结果可以计算出相继增加50 g铁碳对污水的总氮、总磷、COD去除效率如表2所示：
Table 2. Treatment effect of sewage with 50 g iron carbon as a quality unit
表2. 以50 g铁碳为1个质量单位对污水的处理效果
在相继加入铁碳50 g后，单位铁碳对污水中各个指标的去除效率如表4所示：可以看得出来：总氮的去除效果是一个先增加后减小的趋势，当铁碳在100.50 g时，每50 g单位的铁碳对污水中总氮去除效率最高 [5]，达到了28.29%，之后随着铁碳同一比例相继加入后，总氮的去除效率减少的很快，甚至第三个50 g相比之前还出现了一个负值：−5.20%；总磷在第一个50g就出现了数据处理效率的最大值为38.93%，之后就逐渐减少；COD的去除效果为先减小后增大；在总氮指标去除效率中在相继加入铁碳质量第二个50 g后，总氮的去除效率增加了28.29%，在各个数据增加的百分点最为可观 [6]，如果单独除污水的总氮可选用加入铁碳微粒与污水比例为1:5，可得到最大的经济效益；总磷中在第三个单位量加入去除百分点都比较大，第四个就开始急剧减小，如果单独除污水中总磷时可选用铁碳微粒与污水比例为3:10的处理装置，可得到比较好的水质和经济效果；在COD数据中，单位铁碳相继加入，COD的单位去除效率也越来越好 [7]。
在实际应用中餐具清洗废水中总氮、总磷和COD含量都比较大，在一个综合处理污水装置中就单独处理一种污染物显得不太可能 [8]。第一、如果对污染水质中污染物进行单一处理，处理装置会增加，操作会变得更加复杂，铁碳微粒加入量也会变得更多，影响铁碳处理污水因素也会增加、能耗增加，这些因素都会增加经济的投入量 [9]。所以，联系现实实际操作和经济效益，再联系表4数据，实际生活中我们使用铁碳微粒处理餐具清洗废水装置中应该选用铁碳填料与污水质量比为1:5时，能得到较好水质的同时也具有最高的经济效益。
3.2. 不同PH值对铁碳微电解净化餐具清洗废水的影响分析
本次试验2所测各项指标数据如表3所示：实验2是在实验1结果基础上，选取用铁碳填料与污水质量比为1:5，调整反应的pH值，探讨不同的污水PH值对铁碳微电解处理污水效率的影响。
Table 3. Concentration of pollutants after Fe-C micro electrolysis with different pH values
表3. 不同pH值对铁碳微电解处理后污染物浓度
相比于试验1，当铁碳填料与污水质量比在1:5的条件下，调节各个污水PH值后铁碳对污水中总氮、总磷和COD去除效率如表4所示。
Table 4. Effect of iron carbon on wastewater treatment under different pH value of wastewater
表4. 不同污水PH值下铁碳对污水处理效果
根据表4可以看出总氮和COD的去除效率在PH值越小的时候铁碳微粒对污水的处理越好；相比之下总磷的去除效果复杂的多，数据不成比例关系，在污水的PH值变化时候铁碳对总磷去除效率有时增大有时减小，在PH值为2.88时候去除效果最好，比不调节PH值时候去除效率增加了28.56%；同时在此PH值之下总氮和COD的去除效果也相当高的，为了各方面的问题，在实际餐具清洗废水处理过程中将污水PH值调节在2.88左右将会得到较好的处理效果，以及降低处理装置难度，在经济效益方面也是最佳的选择方案 [10]。
4. 结论
1) 本次试验分为两个大阶段，两次试验综合分析得到铁碳微粒处理餐具清洗废水最佳处理方法：则是当铁碳微粒与污水质量比为1:5情况下在调节污水PH值在2.88处左右，水质处理效果较好，经济投入量小，处理装置、操作最为方便 [11]。
2) 根据表5得出此次试验结论为：使用新型铁碳微电解填料处理餐具清洗废水处理效率在考虑经济效益和处理装置简单化的情况下，污水PH值在2.88处左右和污水与铁碳比例为1:5时为处理污水的最佳方案。该方案对污水中总氮、总磷和COD去除效率分别为61.83%、67.28%和17.06%。
基金项目
云南省地方高校联合青年项目——抚仙湖流域低污染水在生物架–碳纤维耦合人工湿地中的净化机制(2017FH001-100)。