電凝聚法處理印染廢水

呂 芳

（河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊 050051）

印染廢水成分復(fù)雜、色度高、排量大，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，已經(jīng)成為最難治理的有害廢水之一。近年來，為了提高印染質(zhì)量，在印染過程中加入多種難生物降解的新型助劑，進(jìn)一步增加了印染廢水的處理難度［1］。印染廢水的傳統(tǒng)處理方式有生物降解法、物理吸附法、氧化法等，這些方法各有優(yōu)勢，也存在一定的局限性，例如工藝復(fù)雜、能耗高、易造成二次污染等［2-4］。電凝聚技術(shù)由于設(shè)備簡單、操作簡便、成本低廉、適用面廣、處理效果好，受到了廣泛關(guān)注［5-6］。電凝聚法處理印染廢水的效果受多種因素影響，合適的參數(shù)不僅可以達(dá)到良好的處理效果，也能有效地減少能源浪費(fèi)［7］。

本文以自制電凝聚系統(tǒng)處理活性黑5 模擬印染廢水，研究了電解時間、電流密度、印染廢水初始質(zhì)量濃度、廢水初始pH 和電解質(zhì)種類對印染廢水色度、CODCr去除率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料：活性黑5 染料，硫酸，氫氧化鈉，氯化鈉，硫酸鈉，硝酸鈉，碳酸鈉，重鉻酸鉀。

儀器：UV-755B 紫外可見分光光度計（上海精密科學(xué)儀器有限公司），320-S 精密pH 計［梅特勒-托利多國際貿(mào)易（上海）有限公司］，MPS-3003S 恒流電源（深圳麥創(chuàng)電子科技有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

電凝聚反應(yīng)系統(tǒng)如圖1 所示，主要包括直流可調(diào)電源、電凝聚反應(yīng)器、電流表、電壓表、磁力攪拌器、pH 計、電極。用鋁板作為電凝聚系統(tǒng)的電極，鋁板間距可調(diào)，單個鋁板尺寸為5 cm×17 cm×0.2 mm，每個電極浸入模擬印染廢水中的面積為50 cm2。

圖1 電凝聚裝置示意圖

1.3 測試

1.3.1 色度及色度去除率

利用紫外可見分光光度計測定活性黑5 染料主吸收峰處的吸光度值，并根據(jù)以下公式計算去除率：

其中，A0為初始吸光度，At為在t時刻吸光度。

1.3.2 CODCr和CODCr去除率

CODCr的測定參考GB/T 11914—1989，并根據(jù)以下公式計算CODCr去除率：

其中，CODCr0為初始條件下的化學(xué)需氧量，CODCrt為t時刻的化學(xué)需氧量。

2 結(jié)果與討論

2.1 通電時間

通電時間對電凝聚法降解印染廢水有明顯的影響，通電時間太短，無法完全降解有機(jī)物，通電時間過長則會造成能源浪費(fèi)。對于電凝聚系統(tǒng)來說，電能是最主要的成本，因此，選擇合適的通電時間至關(guān)重要。如圖2 所示，通電初期，活性黑5 的色度和CODCr去除率快速增大；隨著通電時間的延長，色度和CODCr去除率均趨于平緩。這是因?yàn)殡S著通電時間的延長，溶液內(nèi)絮狀物增多，分子間碰撞概率降低，反應(yīng)速率減?。涣硗?，隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，氧化反應(yīng)所需要的活化能增大，導(dǎo)致降解速率降低。色度去除率在40 min 時就達(dá)96%，此時CODCr去除率達(dá)53%，繼續(xù)延長通電時間，CODCr去除率增加緩慢。綜合考慮色度、CODCr去除率，將通電時間設(shè)置為60 min。

圖2 色度、CODCr去除率與通電時間的關(guān)系

2.2 電流密度

由圖3 可知，隨著電流密度的增大，色度去除率迅速增大，當(dāng)電流密度超過6 mA/cm2時，溶液幾乎完全脫色；CODCr去除率持續(xù)增大，當(dāng)電流密度超過12 mA/cm2時變化趨于平緩。這是因?yàn)殡娏髅芏容^小時，陽極鋁的溶出速率隨電流密度的增大而增大，溶液中的Al3+濃度不斷增加，此時反應(yīng)速率主要受電化學(xué)反應(yīng)影響，活性黑5 的去除率增加；當(dāng)溶液中的Al3+達(dá)到一定濃度時，反應(yīng)速率主要受凝聚反應(yīng)影響，電流密度的增大對活性黑5 的去除率幾乎沒有影響［8］?？紤]到能耗，將電流密度設(shè)置為12 mA/cm2。

圖3 色度、CODCr去除率與電流密度的關(guān)系

2.3 電極間距

由圖4 可知，在不同電極間距下，色度去除率均在93%以上，電極間距對色度去除率的影響較?。坏獵ODCr去除率受電極間距影響明顯，在電極間距為20mm 時，CODCr去除率最大，增大或減小電極間距，都會導(dǎo)致CODCr去除率下降。這可能是由于在電極間距過大時，兩極之間的對流效應(yīng)減小，物質(zhì)傳遞變慢；在電極間距過小時，陽極會出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，影響去除效果［9］。綜合考慮，最佳電極間距為20 mm。

圖4 色度、CODCr去除率與電極間距的關(guān)系

2.4 活性黑5初始質(zhì)量濃度

由圖5 可知，隨著活性黑5 初始質(zhì)量濃度的增加，色度、CODCr去除率不斷降低，當(dāng)活性黑5 質(zhì)量濃度增加到250 mg/L 時，色度、CODCr去除率分別只有57%和38%。這是由于在相同的電流密度下，電解產(chǎn)生的金屬離子不足以去除更高質(zhì)量濃度的活性黑5［10］。

圖5 色度、CODCr去除率與活性黑5 初始質(zhì)量濃度的關(guān)系

2.5 初始pH

色度、CODCr去除率與活性黑5 溶液初始pH 的關(guān)系見圖6。

圖6 色度、CODCr去除率與活性黑5 溶液初始pH 的關(guān)系

由圖6 可看出，活性黑5 溶液的初始pH 對色度、CODCr去除率影響較大，在pH=6 時處理效果較好，pH過高或過低，色度、CODCr去除率都明顯降低。這主要是因?yàn)閜H 過高時，OH-濃度較高，在陽極被氧化，影響Al3+的形成，導(dǎo)致去除率降低；而在陰極還原H+生成H2，OH-生成量減少，從而使Al(OH)3的生成量減少，去除率降低［11］。

2.6 電解質(zhì)種類

如圖7 所示，當(dāng)電解質(zhì)為NaCl 時，活性黑5 的色度、CODCr去除率都明顯高于其他電解質(zhì)。這是因?yàn)榧尤隢aCl 作為電解質(zhì)時，生成的氧化基團(tuán)為·Cl，容易與染料發(fā)生反應(yīng)，最終生成CO2和H2O；而其他電解質(zhì)電解時會產(chǎn)生·O，其氧化性低于·Cl，對活性黑5的去除率更低［12］。

圖7 色度、CODCr去除率與電解質(zhì)種類的關(guān)系

3 結(jié)論

采用電凝聚法可以有效地降低活性黑5 染料廢水的色度和CODCr。延長通電時間、增大電流密度，有利于提高色度、CODCr去除率，但是會增加能耗；染料溶液初始質(zhì)量濃度越小，色度、CODCr去除率越高。以氯化鈉為電解質(zhì)，在溶液初始質(zhì)量濃度50 mg/L，通電時間60 min，電流密度12 mA/cm2，pH=6，電極間距20 mm 時，活性黑5 染料的色度、CODCr去除率分別為99%和65%。