电絮凝法处理印染废水研究张引沁

第28卷第5期新乡学院学报：自然科学版2011年10月Vol.28No.5JournalofXinxiangUniversity:NaturalScienceEditionOct.2011收稿日期：2011-07-15修回日期：2011-08-06作者简介：张引沁(1966−)，女，河南济源人.副教授，硕士，研究方向：应用电化学.E-mail:[e-mail].电絮凝法处理印染废水研究张引沁（新乡学院化学与化工学院，河南新乡453003）摘要：用电絮凝法处理印染废水，考查了反应时间、极板电压、废水pH值和电极间距对印染废水CODCr去除率的影响.通过正交试验，确定了电絮凝法印染废水处理过程的优化条件为：反应时间40min，极板电压35V，废水pH值8，电极间距3cm，CODCr去除率可达89.65%.关键词：电絮凝；电化学法；印染废水；废水处理中图分类号：TQ150.9；X788文献标志码：A文章编号：1674–3326(2011)05–0420–03ResearchonDyeingWastewaterTreatmentbyElectrocoagulationMethodZHANGYin-qin(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,XinxiangUniversity,Xinxiang453003,China)Abstract:Dyeingwastewaterwastreatedbyelectrocoagulationmethod.Theeffectsofreactiontime,electrodevoltage,wastewaterpHanddistancebetweenelectrodesonCODCrremovalratewerestudied.Byorthogonalexperiments,theoptimumconditionsoftheelectroagulationhavebeenobtained.Theresultsshowthatwhenthereactiontimeis40min,theelectrodevoltageis35V,wastewaterpHis8andthedistancebetweenelectrodesis3cm,theremovalrateofCODCris89.65%.Keywords:electrocoagulation;electrochemicalprocess;dyeingwastewater;wastewatertreatment0引言印染废水具有水量和有机污染物含量大、成分复杂、色度深、水质变化大等特点，是难处理的工业废水[1].其处理方法有絮凝法、离子交换法、吸附法、氧化法、还原法、膜分离法、生物法等.国内外在印染废水处理方面做了大量研究，研究结果表明，各种处理方法的单纯作用效果往往不甚理想.尤其是近年来活性染料的快速发展、应用，废水中电解质的含量增加，碱度升高[2].相对较高的碱度将抑制微生物的生长，使得综合水处理时难以应用通常采用的生物法.而在高电解质含量、高碱度的条件下，废水具有很好的导电性，这一特点为电化学法处理印染废水提供了良好的应用条件[3].近年来，电化学的应用领域不断扩展，电化学法水处理技术以其无二次污染、易操作、占地面积小和处理效果好等优点受到越来越多的关注，被誉为“环境友好技术”[4].它主要有微电解法、电絮凝法和电催化氧化法等[5－7]，其中电絮凝法的反应原理是以Al、Fe等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生Al3+、Fe2+等，其水解产物(氢氧化物絮体)、聚合产物(各种羟基络合物、多羟基络合物)使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离，达到降解脱色的目的[8－9].同时，带电的污染物颗粒在电场中泳动，其部分电荷被电极中和而促使其脱稳聚沉，由于阳极的氧化、阴极的还原作用也能去除水中多种污染物，进一步增强了降解、脱色效果.电解过程中阴、阳极上产生的大量气体还可起到气浮作用，增强处理效果.本试验利用电絮凝法处理实际印染废水，考查了反应时间、极板电压、初始废水pH值和电极间距等因素对废水处理效果的影响，以优化工艺条件，为实际应用提供借鉴依据.张引沁：电絮凝法处理印染废水研究·421·1实验部分(1)废水水质.新乡市某印染厂的生产废水，组分复杂，其中以活性染料为主，并含有各种助剂.废水CODCr为1500~1650mg/L，SS为300mg/L，色度500倍左右，pH值10~11.(2)仪器和试剂.仪器：WYJ-GA高压数显稳压电源(南京桑力电子设备厂)，HJ-3磁力搅拌器(江苏金坛市医疗仪器厂)，pHS-3C型精密酸度计(上海雷磁仪器厂)，测定COD专用全玻璃回流装置等.试剂：重铬酸钾，硫酸银，硫酸汞，浓硫酸，盐酸，硫酸亚铁铵等均为分析纯.(3)实验方法.1)电絮凝实验.取300mL印染废水(以下简称“废水”)置于烧杯中，调节不同的pH值，以白铁板为电极板，在不同的极板电压和极板间距下电解，实验完静置一段时间，然后，取上清液测定CODCr并进行分析.2)正交试验.在单因素实验的基础上，选定正交试验的因素水平，采用L9(34)正交试验，如表1所示.实验评价指标为CODCr的去除率.(4)分析方法.采用标准重铬酸钾法测定CODCr；采用电极法测定pH值.2结果与讨论2.1反应时间对废水CODCr去除率的影响设定极板电压为30V，电极间距为4cm，废水pH值为10.5左右，考查反应时间对废水CODCr去除率的影响，实验结果见图1.由图1可见，在初始的20min内，废水降解反应速率较快，CODCr去除率明显提高，之后CODCr去除率的提高趋势变缓，40min后变化不大.这说明初期阳极溶解较快，生成大量具有很强吸附作用的Fe(OH)2或Fe(OH)3絮体，可迅速发挥絮凝作用.随着时间的延长，阳极表面可能钝化，同时废水导电能力变弱，使降解反应速率变慢.2.2极板电压对废水CODCr去除率的影响取电极间距4cm，调节废水pH值为9.5左右，反应时间30min，考查极板电压对废水CODCr去除率的影响，实验结果见图2.由图2可见，极板电压较低时，随着其值的增加，CODCr去除率提高明显，其后变缓，极板电压35V以后，CODCr去除率基本不变.这说明电压较低时，随着电压的提高，电极反应速率明显加快，废水的降解脱色效果显著，但随着电压的提高，电极的极化作用也逐渐明显，电流效率降低，废水的降解脱色效果变化不明显.电压增至一定值后，传质效果将成为影响废水降解脱色效果的控制因素，此后，废水的CODCr去除率将不再随电压的提高而提高.2.3废水初始pH值对CODCr去除率的影响设定极板电压为35V，电极间距为4cm，反应时间30min，用盐酸或氢氧化钠溶液调整废水的pH值，考查废水初始pH值对CODCr去除率的影响，实验结果见图3.由图3可见，当pH值过低，溶液酸度过高时，虽然电极溶解较快，但不易形成Fe(OH)2或Fe(OH)3絮体，所以，CODCr去除率较低.废水呈中性或弱碱性时，CODCr去除率明显提高，但继续增大pH值，CODCr去除率增幅较小，甚至碱度过大时，CODCr去除率会降低.这可能是由于pH值可直接影响溶液中羟基络合物或多羟基络合物的生表1正交试验因素水平Tab.1Factorlevelsoftheorthogonalexperiment因素水平极板电压/V废水pH值反应时间/min电极间距/cm125720323083043359405图1反应时间对CODCr去除率的影响Fig.1EffectofreactiontimeonCODCrremovalrate图2极板电压对CODCr去除率的影响Fig.2EffectofelectrodevoltageonCODCrremovalrate图3pH值对CODCr去除率的影响Fig.3EffectofpHonCODCrremovalrat新乡学院学报：自然科学版·422·成，同时也直接影响废水中胶体颗粒表面的ζ电位，当废水的pH值在某一数值范围时，其ζ电位值显著降低，导致胶体容易脱稳聚沉.但pH值过大时，可能发生阳极钝化，使铁的溶解速度变慢，絮凝效果变差.2.4电絮凝法处理印染废水工艺条件的优化在单因素实验的基础上，选定如表1所示的正交试验因素水平，采用L9(34)正交试验，优化废水处理工艺条件；实验评价指标为CODCr的去除率；正交试验结果见表2.由表2可知，影响废水降解效果各因素作用的主次顺序为：反应时间极板电压废水pH值电极间距.由表2可见，反应时间为20~30min时，废水处理效果明显增强，之后增加变缓.这可能是因为加入盐酸调节废水的pH时，电解液中的Cl－可发生一系列的电化学反应，生成Cl2，Cl2溶于水生成HClO，甚至HClO3，HClO和HClO3具有极强的氧化性，可迅速与染料分子发生氧化脱色作用，致使废水的降解脱色速率显著提高.这说明电絮凝法处理印染废水，除了主要的Fe(OH)2和Fe(OH)3絮凝作用外，还有间接的电化学氧化降解脱色作用，同时，由于两极上不断生成的气体，使得反应液中存在大量的微小气泡，可产生气浮协同效应，并可通过除去浮沫直接除去部分染料.通过正交试验可知，电絮凝法处理印染废水的优化工艺条件为：极板电压35V，废水初始pH值8，反应时间40min，极板间距3cm.在该条件下试验，印染废水的CODCr去除率可达到89.65%.3结论(1)电絮凝法处理印染废水降解脱色效果显著.废水CODCr去除率主要受反应时间、极板电压、废水pH值等因素影响，极板间距的影响较小.(2)电絮凝法处理印染废水的昀优工艺条件为：极板电压35V，废水初始pH值8，反应时间40min，极板间距3cm.在此条件下处理印染废水，CODCr去除率可达89.65%.参考文献：[1]周红，林海，丁浩，等.印染废水处理技术的研究现状与展望[J].中国非金属矿业导刊，2007，59(1)：60-62.[2]宋心远.活性染料近代染色技术及助剂[J].印染助剂，2008，25(1)：1-8.[3]余峰，马秀娟，吴祖成.电化学方法处理含盐有机废水研究进展[J].水处理技术，2010，36(12)：6-10.[4]赵丽，范洪富，方永奎，等.电化学法处理茜素红S模拟染色废水的研究[J].印染，2004，30(20)：1-4.[5]姜兴华，刘勇健.铁碳微电解法在废水处理中的研究进展及应用现状[J].工业安全与环保，2009，35(1)：26-27.[6]DANESHVARN,ASHASSI-SORKHABIH,TIZPARA.DecolorizationofOrangeⅡbyElectrocoagulationMethod[J].Separation&PurificationTechnology,2003,31(2):153-162.[7]周崟，李平，吴锦华，等.活性艳蓝KN-R染料废水的电解氧化及其毒性消减[J].化工环保，2009，29(1)：10-13.[8]刘艳，鲁秀国，饶婷，等.电絮凝法处理模拟染料废水的正交实验研究[J].环境科学与技术，2009，32(12D)：91-93.[9]宋智勇，梁吉艳，杨蕴哲，等.铁阳极电絮凝处理活性黑KN-B染料废水动力学分析[J].环境科学与技术，2008，31(1)：90-93.【责任编辑黄艳芹】表2正交试验结果分析Tab.2Resultanalysisoftheorthogonalexperiments因素水平实验序号极板电压/V废水pH值反应时间/min电极间距/cmCODCr去除率/%1111162.502122281.403133382.674212381.255223184.106231274.257313285.678321380.509332184.10k175.5276.4772.4276.90k279.8382.0082.2580.44k383.4280.3484.1581.47R