电解法处理有机废水的初步研究

1电解法处理有机废水的初步研究Primarytreatmentoforganicwastewaterbyelectrolysis韩凤霞程玉来HANFeng-xiaHENGYu-lai（沈阳农业大学，辽宁沈阳110161）(ShenyangAgricultureUniversity,Shenyang，Liaoning110161,China)摘要:分析电解过程的因素对有机废水处理后各指标去除率，COD、氨氮、浊度和色度的影响。利用正交实验，分析电解法对屠宰场有机废水的处理效果，确定最佳的工艺条件。试验结果表明：在一定的极板间距下，采用减小废水流量，增大电流强度，延长电解时间对COD、氨氮、浊度、色度去除率都有明显的提高。关键词:电解法；有机废水净化Abstract:Thispaperintroducesanapplicationtotreatmentslaughterorganicwastewaterbythedynamicelectrolysis.Intheelectrolysisprocessing,variousfactorsinfluencingremovalratesofCOD、NH3-N、colorandmuddydegreearediscussed.Thecross-testareusedtodeterminetheoptimalprocessingconditionsoftreatingslaughterorganicwastewaterbyelectrolysis.TheresultshowedthatmaintainingthesameelectrodedistancetheremovalratesofCOD、NH3-N、colorandmuddydegreeareimprovedwhenlowingtheflowingofwastewater、magnifyingtheintensityofelectriccurrentandintendingthedurationofelectrolysis.Keywords:Electrolysis；Organicwastewaterpurify肉类屠宰加工业产生的废水中，含有大量血液、油脂、毛皮、肉屑、内脏杂物，未消化的食物以及粪便等污染物，属于高浓度有机废水。此水呈棕黄色或黄色并有明显的腥臭味。由于这类物质的存在，导致排放的废水呈现较高的COD、SS、油脂、氨氮、浊度、色度、粪大肠杆菌群等，其排放浓度严重超标。近年来，由于生产规模的扩大及污水处理方法自身存在的问题，目前该类废水的常规处理方法是生物膜电极[1]和接触氧化加混凝沉淀，处理效果不是很理想[2]。只有催化湿式氧化法[3,4]这一技术在20世纪90年代达到了工业化水平，但由于催化湿式氧化法(CatalyticWetAirOxidation，简称CWAO)必须使用专用的催化剂，在一定的压力(2.0～8.0MPa)及温度(150～280℃)的操作情况下进行的,在高温高压下运行对设备的腐蚀严重，增加了处理成本，而此种电解法可在常温常压下对废水进行净化处理，大大节省了控制压力和温度的能源消耗，处理效果明显。本实验提到的电解法可同时完成电化学氧化、电化学还原、电凝聚、电沉积、电气浮、内电解等多种净化过程[5]。本实验采用的是经过初次沉降的屠宰场有机废水为研究对象，以COD、氨氮、浊度和色度为主要考虑因素。试验研究在40mm极板间距下，废水流量（L/h）、电解时间（min）和电流强度（A）三因素对电解法处理屠宰场废水的影响分析，确定最佳的工艺参数。____________________基金项目：辽宁省教育厅攻关计划基金项目(编号：2004D237)作者简介：韩凤霞（1979-），女，沈阳农业大学食品学院在读研究生。E-mail:[e-mail]通讯作者:程玉来2收稿日期：2005-09-211作用机理电解法的基本作用原理是在电极表面的电催化作用下或在自由电场作用而产生的自由基的作用下使有机物氧化，具体降解的历程与阳极材料有关；按其作用机理电解法在废水处理中的具体应用可分为电解氧化还原、电解凝聚和电气浮三种基本方法。这里是使用Ti制成的贵金属电极，具有极高的电催化活性，可使水在电极表面直接分解为HO·等氧化性很强的中间体，后者作为一种强的氧化剂，能氧化降解废水中的有机污染物[6]。钛基板上涂覆铱氧化物为主的这种铱钽混合氧化物涂层的不溶性阳极的出现（IrO2—Ta2O2/Ti电极）的出现，为开发污水电解处理新技术提供了新的方法，IrO2—Ta2O2/Ti电极除了具有优良的氧析出电催化活性外，还能在析氧体系中保持很高的稳定性，并且电极本身不会造成二次污染[7～11]，符合和节能降耗（提高电流效率，缩短电解时间，降低电解电流，从而降低电解电压[12]），不污染环境等“绿色材料”的要求[13]。2材料与方法2.1设计依据废水来自某一屠宰场。该废水含有大量高浓度难降解有机物，该厂排放污水量为100m3/d，水质状况如下：COD:720～1400mg/L；氨氮：220～300mg/L；浊度:200～500度；色度：180～250度；电导率：1600～2100μs/cm。2.2实验装置处理室：电解槽由尺寸为400×50×50的有机玻璃制成的四周密闭的长方体，内部带有可调电极板间距的凹槽；电极板：阴极和阳极均为尺寸400×40×2铱钽混合氧化物涂层制成的钛基金属平板电极；直流电源：WYK-10020直流稳流稳压电源,东方集团易事特公司；泵：15WZ10-10型全自动泵；流量计：LFS-25S塑料管浮子流量计；贮水池：聚乙烯材料制成的圆形桶。3泵电解槽处理室剖面图极板导线（-）极板导线（+）直流电源极板导线（-）贮水池浮子流量计电解槽处理室极板导线（+）支架图1废水处理装置图2.3工艺流程有机废水过滤水处理中的废水排水图2电解法废水处理流程图2.4实验方法此实验采用动态连续式实验方法：在贮水池中装有一定容积（5L）的此种废水，将泵、直流稳流稳压电源接上电源后，通过泵的作用使废水流动，充满整个管路（贮水池→泵→浮子流量计→电解槽处理室→贮水池），调节流量计的流量，打开直流稳流稳压电源开关，开始电解净化处理。在极板间距为40mm下，根据废水流量，电流强度和电解时间的不同测定COD、氨氮、浊度和色度去除率大小来研究电解净化效果。2.5主要检验指标和分析方法实验采用《水和废水监测分析方法》（第四版）中的标准方法进行分析。(1)COD：按照标准《水和废水监测分析方法》（第四版）采用重铬酸钾（K2Cr2O7）法进行COD检测(GB11914-89)，所有分析用标准溶液均按标准要求配制，计算公式为：（V0-V1）×C×8×1000COD=V过滤贮水池浮子流量计电解槽处理室泵4式中:C——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；V0——滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液用量，mL；V1——滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液用量，mL；V——水样的体积，mL；8—氧（1/2O）——摩尔质量,g/mol。(2)氨氮：凯氏定氮法（半微量式）(GB7478-87)，用滴定法进行滴定，所有分析用的标准溶液均按标准要求配制，计算公式为：（A－B）×M×14×1000氨氮（N，mg/L）=V式中：A——滴定水样时消耗硫酸溶液体积，mL；B——空白实验消耗硫酸溶液体积，mL；M——硫酸溶液浓度，mol/L；V——水样体积，mL；14—氨氮（N）——摩尔质量,g/mol。(3)浊度：目视法（硅藻土）(与GB13200-91等效)，计算公式为：浊度（度）=A×（B+C）/C式中：A——稀释后水样的浊度，度；B——稀释水体积，mL；C——原水样体积，mL。(4)色度：铂-钴标准溶液法（与GB11903-89等效），计算公式为：色度（度）=A×50/B式中：A——稀释后水样相当于铂-钴标准色列的色度；B——水样的体积，mL。(5)电导率：DDS-307型电导率仪。3结果与分析3.1流量对净化效果的影响针对废水流量对去除氨氮、COD、色度和浊度的影响，分别做如下实验：控制极板间距40mm，电流强度为12A，电解时间为40min,分别在废水流量为200，400，600L/h的情况下电解40min，分析电解处理前后COD和氨氮的去除效果以及色度和浊度的去除效果，废水流量对各项指标的去除效果见图2。50102030405060708090100200400600废水流量（L/H）去除率（%）COD氨氮色度浊度图3废水流量对处理效果的影响电解过程中不同废水流量下COD和氨氮去除率随废水流量的变化见图3，表明在废水流量不同的情况下，随着废水流量的增大，COD和氨氮去除率有着不同的减小趋势。特别是在废水流量为200L/h，COD和氨氮去除率增大，原因在于流量小，单位时间内经过极板间的废水流速减慢后，与电解生成的氧化性极强的H2O2和·OH自由基接触的时间增加，直接或间接的氧化还原反应使更多的有机物被这些氧化性极强的自由基氧化分解，反应充分，去除率大。对去除色度和浊度效果的影响：在不同废水流量对浊度和色度的影响很大，任何废水流量下对废水处理效果都很好，都可以使浊度和色度去除80%以上。实验结果表明：在极板间距，电流强度和电解时间不变的情况下，减小废水流量对废水的处理可以去除60%以上的COD、80%以上的氨氮、色度和浊度都有明显的去除。3.2电流强度对废水净化效果的影响控制极板间距40mm，电解时间为40min，废水流量为400L/h，在电流强度分别为8，12，16A的情况下电解40min，分析电解处理前后水样的COD和氨氮的去除效果以及色度和浊度的变化,结果见图4。从图4中可以看出不同电流强度对去除率的影响。电流强度为16A的情况下处理效果较其他电流强度下的去除率大，处理效果好。说明对氨氮和COD的处理是电流密度越大越好，这是因为电流强度越高，电流密度越大，阳极电极电位越高，阳极表面的氧化作用越强，反应速率常数越大，但如果电解电位过高，析氧副反应将浪费很多电能，使电流效率降低。在电流强度为8A的情况下处理效果已经很理想，COD和氨氮去除率均达到60%以上；对去除色度和浊度效果的影响：电流强度为8，12，16A色度去除率都很大，说明很小的电流强度就可以大幅度去除废水中的色度和浊度，从而大大减少了电解处理所需的电耗。这里可以根据不同的废水色度和浊度情况选择不同的电流强度。实验表明：电流强度对各指标的影响：电流强度越大，电解液中的电子对越多，对有机物的电解氧化作用就越强，电解液中的电子对越多，对有机物的电解氧化作用就越强，作用效果就越好。电流强度为16A时可以去除60%以上的COD、80%以上的氨氮，而色度和浊度在电流强度为8A时就已经达到80%以上。6图4电流强度对处理效果的影响3.3电解时间对净化效果的影响控制极板间距为40mm，电流强度为12A和废水流量为400L/h，分别在电解时间为20，30，40min的情况下进行电解，分析电解时间对电解处理前后水样的氨氮和COD的去除效果以及水样色度和浊度的变化，结果见图5。从图5可以看出，随着电解处理时间的延长，氨氮、COD、色度和浊度的去除率逐渐增加，这是因为随着处理时间的增长，在电极表面反应的物质就越多，系统中产生的电解生成的氧化性极强的H2O2和·OH自由基的数量随着时间的变化增多，从而使电解氧化分解的有机物质增多，氨氮，COD，色度和浊度的去除率增大。氨氮、色度和浊度的去除率在30min后还有不同层次的上升，说明随着时间的加长，电解法对去除废水中氨氮、色度和浊度还有很大的潜力；但COD在作用一段时间后，去除率的就不如以前大了，主要原因在于随着处理时间的加长，废水中的COD含量已经降低了。另外，电解处理一段时间后，由于在电解过程中产生的很多絮凝物质吸附到电解板上，使得电解板的处理效果和作用效率大为下降，从而加大了电耗，造成了不必要的损失，为了减小此类电耗，须通过倒极（阴阳极互换）工作形式来实现。0102