搜索
内电解法(IEP)处理高盐度有机废水的实验研究王宏1）郑一新1）钱彪1）宁平2）（1）昆明市环境科学研究所，昆明650032；2）昆明理工大学，昆明650093）摘要应用内电解法处理紫胶合成树脂生产过程中排放出的高盐度有机废水实验结果表明，能够有效地去除废水中的有机污染物，提高透明度，使COD去除率达94%，BOD5去除率达90%以上。而且设备简单、耐冲击性、操作简单、不需要投加化学药剂、增设投药设备和易实现管理现代化等优点，为高盐度有机废水处理提供了一条新途径。关键词高盐度有机废水电化学反应TheTreatmentofHigh-salinityOrganowastewaterbyElectrocoagulationWANGHong1）ZHENGYixin1）QIANBiao1）NINGPing2）(1)KunmingEnvironmentalScienceInstitute,Kunming650032;2)KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650092)AbstractTheelectro-coagulationandfloatationmethodwasappliedforthetreatmentofhigh-salinityorganowastewaterofproducingsyntheticresinbythelac.ItwasfoundthatCODandBOD5removalrateswererespectively94%and90%.Inadditiontoitsobviouseffectivenessfororganiccompoundstreatment,theelectro-coagulationandfloatationmethodrequiressimplefacilities,withhighresistancetoimpactandsimpleoperations,withoutadditionalchemicalagentsandthusadditionalagent-addingequipment,andeasytorealizemanagementmodernization.KeywordsHigh-salinityorganicwastewater;Electrochemistry;Coagulation;Floatation.内电解法（InternalElectrolysisProcess）,是利用电化学中的原电池理论建立起来的一种新型的、颇为有效的废水处理方法。近年来已有不少人对该法的原理和应用进行了研究[1~3]，据报道，IEP内电解法已用于处理含重金属离子废水[2]、染料及印染废水[3、6、7]、含油[8]、表面活性剂[6]、含酚废水[8]和有机废水[12]等的处理；但用于处理紫胶合成树脂生产过程中排放出的高盐度有机废水还未见报道，同时因该废水中CL—含量高达12300mg/l左右,已大于5000mg/l[4]会严重干扰COD的测定，使得用COD去除率来评价处理效果带来困难，笔者用IEP内电解法处理含复杂有机物的紫胶合成树脂废水，并用透光率和COD校正方法进行测定[5]评价处理效果，取得了较为满意的结果。1内电解法的原理：内电解法是将两种金属或不同的金属制成的物体相接触，将其浸入含电解质的废水中，就形成了原电池。由于两种金属紧密连接，形成短路，电池连续不断地起作用，使电位较低的电极（阳极或称负极）起氧化作用，而电位较高的电极（阴极或称正极）起还原作用。如以活化后的铸铁为电极形成Fe-C原电池，由于Fe的电位较低，在原电池中为阳极，在阳极上Fe发生氧化作用：阳极：Fe—2eFe2+E0（Fe2+/Fe）=-0.44V阴极（C）上可能发生下列两种反应：（1）氢离子还原成H2析出；（2）大气中的氧气和水中的溶解氧在阴极上取得电子，在电极发生还原反应：阴极：2H+—2eH2（酸性溶液中）E0（H+/H2）=0.00VO2+4H++2e2H2O（酸性溶液中）E0（O2/H2O）=1.22V在有氧的存在下，铁的腐蚀和溶解会更快。在溶液中Fe2+与OH-结合，生成Fe（0H）2，然后又和水中的和空气中的氧发生作用Fe（0H）3絮体，起凝絮——混凝作用，使水体得到净化。因此在IEP内电解反应器中增设嚗气装置是必要的。另外在IEP内电解反应器中一般可产生3种效应，既内电解氧化还原、电解絮凝和电解气浮。按照电化学氧化还原理论，电解时阳极和阴极上的反应并不限于阴离子的析出阳极的溶解和阴极上的阳离子的的析出，任何能够放出电子的氧化反应都能在阳极上进行，同样任何能够从阴极上取得电子的还原反应都能在阴极上进行。对含复杂成分的废水处理中其电极上和溶液中的反应更为复杂。近年来有机物的电解制备研究也很多[9]。因此对含有油份、色素和表面活性剂等多种有机物质的废水净化中，可能有机物的电解质溶液在IEP内电解反应器中本身也会发生一系列的氧化还原反应，一些大分子带电荷的有机物也参予了反应，形成新的产物，部分有机物被极化形成带电荷阳离子和阴离子，在发生电解絮凝的同时也有吸附、凝絮、气浮、电性中和、过滤以及微生物降解等综合的协同作用，使得废水中的污染物质得到降解。内电解气浮主要是内电解过程中的阴极反应，有时也会部分出现于阳极反应[9]。由于内电解过程没有外加电源，与电解气浮相比反应较为平缓，没有大量的气泡浮出，因此一般不考虑内电解气浮的作用。但在PH值较低的酸性废水处理中，内电解气浮的作用不能忽视。另外当溶液中有氯化物存在时，在阳极上所生成的氯气，有一部分溶解在溶液中发生次级反应而生成次氯酸盐和氯酸盐[5]，对溶液起漂白和灭菌杀藻作用。当极板发生钝化，超电势高于氯离子放电电位时，引起氯离子在阳极上放出电子，生成分子态氯：阴极：2CL——2eCL2（溶液反应）氯气，有一部分溶解在溶液中发生次级反应而生成次氯酸盐和氯酸盐：2CL—+3H2OCLO—+CLO2+3H2电解过程产生的气量，其数量服从法拉第定律。即电极上析出的物质数量与通过溶液的电流强度和通电时间成正比，也就是与通过溶液的库仑电量成正比[6]。G=K·I·t=E/F·I·t式中：G——电极上析出物质量（g）；K——电化学当量数（K=E/F）（g/C）;E——析出物质当量数（g/mol）;I——电流强度（A）；t——电解时间（S）。由于析出1克当量任何物质都需要96500库仑（C）当量，故电量为I·t库仑，电解过程产生的氢气（H2）的理论产量为：GH2=I·t/96500=1.036×10-5·I·t氯气（CL2）的理论产量为：GCL2=I·t·16/96500=1.658×10-4·I·t总之，用内电解法净化废水是多种作用综合协同的结果。2实验部分：2.1实验装置IEP内电解反应器用φ100×1500mm的有机玻璃柱制成，底部设进水口和不锈钢丝网及瀑气器，以饱和后的活性炭（用原水浸泡2天）和还原性铁粉（化学纯），分别按体积1：1充分搅和混均后装入内电解反应器中，先用2%的稀盐酸进行活化，再用蒸馏水进行冲洗。实验装置如图1所示。2.2实验方法将废水放入高位水箱，在搅拌的条件下流入IEP内电解反应器；等水位到达规定的刻度时，停止进水，进行内电解反应；一定时间后取样测定透光率和COD值，透光率用721分光光度计测定；COD用重铬酸钾法测定（标准法）和COD校正方法进行测定[5]。3实验结果与讨论3.1C—Fe内电解法处理效果以活性炭——还原性铁粉为电解材料对废水进行电解处理实验，结果见图2。从实验结果可以看出内电解法反应进行的比较缓慢，对该废水处理一般需要2天以上的时间。当用标准法（重铬酸钾法）测定时，由于CL—的干扰，其结果重现不好，COD的去除率也不高，后用文献介绍的高浓度含盐废水COD的测定方法进行校正，其结果重现性较好，对应透光率有较好的线形关系。0204060801001201400816243240485664透光率%COD标准（mg/l）COD校正（mg/l）电解时间（h）图3C—Fe内电解法处理效果3.2PH值对处理效果的影响通过实验观察发现，当溶液的PH值较低时，反应较快所产生的气泡数量明显增多，在PH〈2时，产生明显的内电解气浮现象，但随着反应的进行PH值越低处理水透明度明显减低，这主要是由于Fe3+的大量生成使溶液呈棕红色，从图2可以看出溶液的PH值越低，内电解反应进行的越快，处理效果也较好，但当PH〈3以后，对处理效果影响不大，适宜的PH值控制在PH=3.5~4.5为好。图2PH值对电解效果的影响3．3C—Fe内电解法对高盐度有机废水的综合处理效果：表2表明C—Fe内电解法对处理高盐度有机废水有较好的效果，可使COD降低90%以上（校正法），同时对BOD，TP，TN均有较高的去除率，用该方法处理紫胶合成树脂废水经过滤后出水指标能够达到国家排放标准（GB8978—1996）。表2电解凝絮法对紫胶合成树脂废水的综合处理效果PHSSCODBOD5TPTN色度0204060801001233.845678透光率%COD去除率（%）PHCOD去除率%（mg/l）（mg/l）（mg/l）（mg/l）（mg/l）（稀释倍数）原水5.506702458355.807.7837.59160处理水7.08未检出21233.111.085.640去除率100%91.38%90.47%86.12%85%100%注：1）进水PH3.8电解时间48小时2）COD以校正方法测定。4结论通过实验研究得出如下结论：a.内电解法对处理紫胶合成树脂生产过程中排放出的高盐度有机废水，具有明显的处理效果，不但能够有效降低废水中的COD，增加透明度，同时对BOD、TP、TN都有较高的去除率。b.用内电解法处理存在反应缓慢，停留时间较长的缺点，控制在进水较低的PH值可有效地缩短反应时间，但较低的PH值可能会增加处理成本。对该废水处理适宜的PH3.5~4.5。c.使用内电解法对处理紫胶合成树脂生产过程中排放出的高盐度有机废水具有如下优点①不需要外加电源、不需要投加化学药剂，可节省电费、药剂与投药设备费用；②投资和处理费用低，设备简单，操作管理方便，简单易行。③原材料来源广泛，可利用金属加工、铸造和冶炼行业的废铁屑为电解材料。d.对CL—含量大于5000mg/l的废水，应考虑CL—在测定COD时氧化干扰问题，本文所采用的校正方法能够较好地反应COD的去除效果，使得用COD去除率来评价处理效果具一定的有科学性。5参考文献1234陈立波.高浓度含盐废水COD的测定.中国给水排水.1996（6）32~335傅献彩.物理化学.下册.人民教育出版社.1980.1~60.6王蓉沙.电絮凝法处理油田污水.环境科学研究.1999（4）.30~32