超滤、反渗透等膜分离技术在印染废水中水回用方面得到广泛应用^〔1〕，同时也产生更难处理的膜浓缩液。该股废水约占原水量的20%~25%，含盐量高、可生化性极差、处理难度大，企业基本无配套的膜浓缩液处理设施，一般以回流至前端生化池为主。但回流量过大，极易影响生化系统运行的稳定性^〔2〕。膜浓缩液的妥善处理已成为其应用过程亟需解决的难点之一^〔3〕。

铁碳微电解、Fenton技术因处理效率较高、工艺相对简单、成本相对低，近年来成为国内外学者的研究热点^〔4〕。目前铁碳微电解工艺普遍将铁屑与活性炭混合后装填到柱状反应器，随着处理时间延长，填料易出现板结，降低微电解效果^〔5〕。传统的均相Fenton技术存在H₂O₂利用率较低、适用pH范围窄以及反应后产生大量含铁污泥等不足^〔6〕。针对上述问题，研究人员开发了铁碳一体化填料以改善微电解工艺板结钝化问题。将铁离子固定在活性炭等载体上构成非均相的类Fenton体系，改进均相Fenton技术的不足，对化工、造纸等行业废水有良好的降解效果^〔7〕。然而目前鲜有研究将该组合技术应用于印染废水膜浓缩液的处理。

污泥生产的污泥炭具有多孔、高比表面积等特点，是一种优良的催化剂载体，也是污泥资源化利用的最佳途径之一^〔8〕。笔者以印染废水膜浓缩液为研究对象，用污泥炭、铁粉、碳酸氢钠等在氮气保护下高温烧结制得铁碳催化填料，构建了微电解耦合非均相Fenton一体化中试装置，初步探讨了其对印染废水膜浓缩液的处理效果及工艺成本，以期为类似工程设计提供技术支撑。

污泥取自某印染废水为主的综合污水处理厂污泥水热碳化示范项目。

污泥炭制备：先将水热碳化后的半干污泥在105 ℃恒温干燥箱中烘干，随后转移至热解炉，以10 ℃/min升温到850 ℃热解2 h，冷却后用粉碎机粉碎后过0.15 mm（100目）筛，制得粉末状污泥炭。

微电解及非均相Fenton催化填料采用自制铁碳陶粒：将粉末状污泥炭、铁粉、合金粉、页岩、碳酸氢钠按质量比25∶42∶8∶23∶2混合均匀，加入适量水搅拌、造粒，经抛光机抛光后在105 ℃恒温干燥箱中烘干，随后转移到管式炉，在流动的氮气气氛保护下，1 150 ℃焙烧1.2 h，得到铁碳催化填料。

实验废水为嘉兴某纺织印染厂经超滤/反渗透处理后的膜浓缩液，呈暗红色，水质情况如表 1所示。

微电解耦合非均相Fenton一体化中试装置如图 1所示，主要由微电解反应区、非均相Fenton反应区、锥形泥斗和曝气系统4部分构成，下方安装有金属微孔曝气头。设备总容积约700 L，其中微电解反应区填充容积约为9 L，非均相Fenton反应区填充容积约为200 L。

中试设备启动前，铁碳填料先用膜浓缩液浸泡3 h，以减少填料孔隙的吸附作用。运行时，在微电解反应区、非均相Fenton反应区各铺装10、180 kg铁碳催化填料，随后用潜水泵将pH调至2.5的膜浓缩液从顶部进水口处打入设备。在曝气混合条件下，膜浓缩液先经过微电解反应区，通过微电解预处理将大分子污染物断链开环，从下端流出与双氧水混合，再经过非均相Fenton反应区进一步催化氧化小分子污染物。反应出水从上部溢流后经排水口排出，反应后的污泥从下部排泥口定期排出。

原水温度约为30~32 ℃，实验初期进水量0.4 m³/h，水力停留时间设置为2 h。连续运行6 h，间隔2 h取样进行测定。为考察双氧水投加量的影响，分3阶段进行投加，第一阶段投加量为0.5 mL/L，第二阶段为1 mL/L，第三阶段为2 mL/L。

采用FEI Q45扫描电镜（FEI公司）和能量色散光谱仪（EDS）观察铁碳填料表面形貌与元素组成；采用HJ 828—2017《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》测定COD_Cr；采用GB/T 11889—1989《水质苯胺类化合物的测定N-（1-萘基）乙二胺偶氮分光光度法》测定苯胺；采用HJ 670—2013《水质磷酸盐和总磷的测定》测定总磷；采用HJ 535—2009《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》测定氨氮；采用HJ 636—2012《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》测定总氮；采用GB/T 11903—1989《水质色度的测定》测定色度。

铁碳填料的扫描电镜照片如图 2所示。

由图 2可见铁碳填料的平均粒径约为8 mm，表面凹凸不平，内部可见较多孔隙。铁碳填料的比表面积较大，反应活性位点数增加，有利于充分接触膜浓缩液，提高微电解和非均相Fenton催化降解效率。

EDS分析可定性半定量表征填料的元素构成，结果如图 3、表 2所示。

由图 3、表 2可知铁碳填料的n（Fe）∶n（C）将近2∶1，且含有Mn、Cu、Al、Si等多种元素，这主要是印染污泥基的贡献。多元金属的掺杂可改善电子转移驱动力，提高微电解效率^〔9〕。

中试装置对COD_Cr的去除情况如图 4所示。

实验分为3个阶段：（1）中试运行第1~8天，双氧水添加量为0.5 mL/L，经微电解及非均相Fenton处理后，COD_Cr去除率最高达到60.8%，但出水COD_Cr 仍然＞80 mg/L，无法达到GB 4287—2012《纺织染整工业水污染物排放标准》中表 2直接排放标准要求。表明双氧水不足，无法产生足够羟基自由基，对有机质的氧化分解不彻底。

（2）中试运行第9~14天，加大双氧水投加量至1 mL/L，对有机物的去除作用增强，降解效果明显提升，COD_Cr去除率稳定在70%以上，出水COD_Cr最低达65 mg/L，可满足GB 4287—2012的直接排放标准要求。

（3）中试运行第15~21天，继续增大双氧水投加量至2 mL/L，COD_Cr去除率继续上升，最高达到87.8%，出水COD_Cr最低达到30.6 mg/L，出水较为清澈，色度可降至15倍以下，远低于GB 4287—2012直接排放标准所要求数值。

在第9~21天即改变双氧水投加量的第2、3阶段各取5 d水样，测定出水中的苯胺、总磷、总氮及氨氮。废水中苯胺含量变化如图 5所示。

从图 5可见，双氧水投加量为1 mL/L时，微电解耦合非均相Fenton对苯胺的去除率可达80%以上，出水苯胺稳定在0.5 mg/L以下。双氧水投加量为2 mL/L时，苯胺去除率达到95%以上，出水苯胺最低为0.1 mg/L，远低于印染行业执行的排放标准数值要求（1 mg/L）。

膜浓缩液经微电解及非均相Fenton处理后，出水总磷基本稳定在0.4 mg/L，达到GB 4287—2012中表 2直接排放标准要求。总磷的去除主要依靠反应产物对磷的沉淀作用：PO₄^3-与反应生成的Fe²⁺、Fe³⁺形成沉淀，或与羟基氧化铁发生共沉淀，再经填料过滤得以去除^〔10〕。

铁碳微电解及非均相Fenton反应对氨氮、总氮的去除效果较好，出水稳定在10、15 mg/L以下，最低可达2.49、6.49 mg/L，均满足GB 4287—2012《纺织染整工业水污染物排放标准》表 2的直接排放标准要求。

中试运行费用包括现场运行电费、药剂消耗费、自来水费等，未考虑人员成本、铁泥处理费及设备折旧费。

（1）运行电费。污水潜水电泵（180 W）、潜水泵（160 W）、无油空气压缩机（3 000 W）、蠕动泵（9 W）、电磁流量计（12 W）的运行时间分别为0.25、2.8、0.1、2.5、2.8 h/m³，吨水用电0.85 kW·h，按当地工业用电价格1.2元/（kW·h）计，所需电费为1.02元/m³。

（2）药剂费。中试主要消耗药剂为硫酸、双氧水、碱及填料，用量如表 3所示，费用约3.83元/m³。

（3）自来水费。自来水主要用于清洗铁碳填料，每日消耗自来水0.5 m³，自来水价格按2.7元/m³计，则自来水费用为0.14元/m³。综上，直接运行费用为4.99元/m³。

微电解耦合非均相Fenton工艺对印染废水膜浓缩液的处理效果良好。双氧水投加量为2 mL/L时，COD_Cr、苯胺、总磷、氨氮、总氮的去除率最高分别为87.8%、95%、90.6%、76.9%、72.8%，出水最低分别为30.6、0.1、0.12、2.49、6.49 mg/L，色度可降至15倍以下，均可达到《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB 4287—2012）表 2直接排放标准要求，有效解决了印染废水膜浓缩液处理问题。运行过程使用污泥制备的污泥炭作为载体，可实现以废治废，应用前景较为广阔。