用电化学处理化纤废水中有机物的研究
时间：2021-01-31 00:18:07 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要 本文介绍一种新的电化学废水处理方法,在两级间通过电解的氧化作用使废水中的有机物缓慢氧化成CO2和H2O。通过实验选择出最佳的电极材料和最适宜的电解质种类,并应用于化纤废水的处理,获得满意的处理效果:CODcr(化学需氧量)由处理前的2 918mg/L降低至117mg/L,色度由处理前的3 600降至30,PH值(酸碱性)由处理前的13~14降低至6~8之间。该法具有反应迅速,操作简便,电极材料简单易寻,形成沉渣密实易沉淀等特点。
关键词 电化学;铝阴极;铜阴极;化纤废水
中图分类号O6文献标识码A文章编号 1674-6708(2010)25-0117-02
0 引言
以工业文明为特征的20世纪,工业污染和生态破坏以前所未有的速度发展,但与此同时,也唤醒了人类拯救地球,保护家园的意识,实现可持续发展已成为人类共同的选择。有机工业的发展为经济的发展做出了重要贡献,然而也付出了重大的环境代价。有机工业废水的污染使许多地区农业、水产业的发展以及人民健康受到严重危害,有机工业废水的污染治理问题已成为人们日益头痛的问题。含有机物的工业废水处理起来相对较难,处理不当,容易造成二次污染,再次破坏环境。本次实验尝试了用电化学的方法处理含有机物的工业废水。电化学处理工业废水主要是通过电解作用来完成的。电解质溶液在直流电的作用下使得废水中有害物质在阳极和阴极上进行氧化还原反应,沉淀在电极表面或沉淀在电解槽中,或生成气体从水中逸出,从而降低废水中有害物质的浓度或把有毒物质变成无毒、低毒物质。废水的电化学处理可分为电化学氧化,电化学还原,电解气浮,电解凝聚等几种。电化学氧化指阳极可以通过氧化反应过程使污染物质氧化破坏,也可通过某些阳极反应产物(Cl2、ClO-、O2、H2O2)间接破坏污染物质。运用电化学氧化的方法来处理含有机物的工业废水,就是在一定的电能条件下,让有机物进行缓慢燃烧,极缓慢氧化,使之最终生成CO2和H2O。本次实验是在加入氯化钠电解质的条件下,以碳棒为阳极,铝、铜为阴极处理了化纤工业废水中的有机物,获得了较为满意的处理效果。
1 实验部分
1.1仪器与试剂
HT-1721G型直流稳压电源(石家庄无线电十厂);冷凝回流装置;有机废水(保定天鹅化纤厂)。
1.2实验方法
1)取适量化纤厂有机废水多次测其平均CODcr=2 918mg/L,多次测其平均PH值为13~14之间,多次测其平均色度为3 600。
2)分别取1 000mL废水于大烧杯中,加入适量电解质,分别以碳棒、铝、铜、铁为电极,调节适当电压、电流做电化学处理。
3)同时取1 000mL废水于另一大烧杯中,加入与上述相同质量的电解质,做参比实验。
4)观察水样的变化并记录电压电流的变化,前48h电压5V,电流0.2A,中间24h电压10V,电流0.2A。此时水样呈现无色或略带暗黄色,停止电解。
5)过滤,除去悬浮物,然后仍然以碳棒为阳极,改用铜片为阴极,调节电压电流为合适值(电压5V,电流0.2A)。观察水样变化至澄清无色时,停止电解。
6)目测电解水样和未电解水样的减失量。
7)测定电解后水样的CODcr、PH和色度。
2 结果与讨论
2.1电极材料的选择
1)阴极、阳极都是碳棒,阳极碳棒的表面面积比阴极的大。
通电后电流不明显,加入少量电解质,电流增大,阴极有大量气泡产生,阳极也有些许气泡产生。3d后水样变清,色度去除不理想,PH值为9左右,CODcr=495mg/L。
2)阳极碳棒,阴极铁
接通电源后,电流不明显,加入电解质后,电流迅速增加,阴阳两极均产生大量气泡,3d后,污水变得浑浊,底部有深绿色絮状沉淀。上部有褐色絮状沉淀,仍具有较深颜色,PH<9,CODcr=1 425mg/L,处理效果不理想。
3)阳极碳棒,阴极铜
接通电源后,电流不明显,加入电解质,电流迅速增加,阴阳两极均产生大量气泡,3d后,水的颜色很深,但有变清的趋势,PH值为9左右,CODcr=643mg/L,视觉效果不理想。
4)阳极碳棒,阴极铝
接通电源后,电流不明显,加入电解质后,电流迅速增加,阴阳两极均产生大量气泡,3d后,观察水样,水样上层很清,稍微有些颜色,PH值在6~8之间,CODcr=594mg/L,视觉效果很好,下层有沉淀生成。
5)阳极铝,阴极碳棒,然后阴阳极互换(未加电解质)
接通电源后,有一定的电流,阴极有气泡产生,阳极溶解,一日后,观察水样,水样变的异常浑浊,电流呈增大趋势,此时阴阳极互换,即以碳棒为阳极,铝为阴极,继续电解,2d后,再观察水样,上层变清,仍有颜色,PH值在6~8之间,测其CODcr=898mg/L,下层生成大量沉淀。
由上述实验可知碳为阳极,铝为阴极和碳碳电极,具有很好的降低pH值、去除CODcr和色度的效果,但碳做阴极易被废水侵蚀。所以选择碳为阳极,铝为阴极处理化纤厂废水。铝制电极被溶解后,产生等离子,经水解聚合反应生成一系列活性聚凝体对废水中的污染物起絮凝和吸附作用,形成絮状颗粒一起沉降而分离,有利于有机物的降解与氧化;同时发现碳棒和铜做电极时也具有良好的去除CODcr的能力,但絮凝能力差,所以对经过铝阴极处理后仍具有一定的CODcr的水样选择用铜碳电极进行二次处理,可迅速降低水样的CODcr,达到较好的处理效果。
2.2电解质的种类对实验的影响
本次实验针对化纤废水,分别尝试了以KI、NaHCO3、NaCl和Na2CO3为电解质进行废水处理,经过实验比较发现:电解时投入少量氯化钠,可提高废水电导率,强化阳极的氧化作用。食盐能离解出氯离子,在阳极放电生成氯气,进而生成次氯酸,促进有机物的分解,并具有杀灭微生物作用。这个结果与文献报道的一致。
2.3水样减失量分析
对比电解水样和未电解水样减失量,发现电解水样减少200mL,未电解水样减少150mL。未电解水样减少是因为其在敞开的条件,水样会自然挥发。电解水样减少则既包括水样的自然挥发有包括电解所消耗的部分水量,由对比实验可知,电解所消耗的部分水量只占水样总的减失量的一小部分。
2.4悬浮沉淀物的分析
取处理后的污水的悬浮沉淀物做质谱分析,结果表明其中含有大量的铝离子、钠离子,还有少量的甲基离子,由此可见悬浮沉淀物中大部分为无机物,做EI+分析见不到有机物峰。即此方法已经将有机物很好的转化去除了。
2.5能量消耗
前48h,电压5V,电流0.2A,所耗电能:
W1=5×0.2×48×0.001=0.048(度)
中间24小时,电压10V,电流0.2A,所耗电能:
W2=10×0.2×24×0.001=0.048(度)
改用铜电极后24小时,电压10V,电流0.1A,所耗电能:
W3=10×0.1×24×0.001=0.024(度)
总的耗电量为:
W= W1+ W2+ W3 =0.048+0.048+0.024=0.120(度)
由此可见,电化学处理废水的方法是需要消耗一定电量的。在用电供应紧张的地区不宜采用,但是随着水电和风电的不断开发利用,这就给这一处理污水的方法提供了较大的发展空间,同时这一污水处理方法也将为用电条件较好的地区的环境治理提供又一选择,也将为我国的经济发展做出贡献。
3 结论
电化学的方法处理化纤厂废水,可以分两次进行,用碳棒为阳极,铝和铜为阴极,加入少量电解质NaCl,可获得满意的处理效果:原水水质为CODcr=2 198 mg/L,pH值为13-14,色度为3 600,处理后水质为CODcr=117.1mg/L,pH值为6~8,色度为30。由此可见,CODcr降低25倍左右,pH值由处理前的强碱性降低至中性偏酸或偏碱,色度降低120倍左右。处理后污水的各项指标均达到国家污水处理允许排放指标的二级标准要求。
参考文献
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