電絮凝法處理工業廢水技術研究——以染料廢水為例

劉 瑩

（上海市金山區環境監測站 上海 200540）

工業廢水成分復雜主要特點是：色度高、有機物質含量高，工業廢水的可生化性差，礦化度高，水質和水量隨生產工藝而變化，有的工業廢水中包括重金屬和有毒物質，這些組成復雜高濃度有機廢水如果未經處理直接排入天然水體，會對水體造成嚴重污染，殘留有機物會消耗溶解氧的水，水體溶解氧下降使大量的水生生物死亡，有些工業廢水中含有苯胺等致癌性很強的有機物，危害人類的健康[1]。

1 電絮凝法

1.1 概念

電絮凝法處理工業廢水主要原理是在外加電力作用下，使陽極電離產生可溶性陽離子，可溶性陽離子與水中有機物產生凝結和絮凝作用，通過一系列復雜的聚合水解形成的絮凝吸附污水中的有機物或懸浮物，最終產生絮凝態的污染物。電凝浮選技術自20世紀初開始，廣泛應用在工業廢水處理中，近年來在很多行業應用得到了廣泛的研究[2]。

1.2 環保特點

電絮凝法應用范圍廣、設備維護方便、運行成本低、不產生二次污染及處理效果好等優點。

1.3 原理

電絮凝法是使用鐵當電極,通直流電的情況下,電極發生以下的過程[3]：

1.3.1 陽極Fe首先發生:Fe→Fe2++2e-產生Fe2+

酸性溶液中:4Fe2++O2+2H2O→4Fe3++4OH-堿性溶液中:Fe2++2OH-→Fe(OH)2

另外伴隨著陽極的H2O電解產生O2:2H2O→O2+4H++4e-

1.3.2 陰極反應:2H2O+2e-→2OH-+H2

2 實驗部分

2.1 實驗儀器及藥品

表1 主要實驗儀器及藥品

2.2 實驗裝置

電絮凝實驗選用直流可溶性陽離子反應器，本實驗中電絮凝反應器陽極金屬采用鐵做陽極，電絮凝反應器的有效容積為1升。電絮凝反應器采用直流恒壓供電器,輸入電壓220伏,輸出電壓范圍為0-50伏,輸出電流范圍為0-5安培。

2.3 模擬廢水

實驗用污水是四種自制模擬廢水。分別取活性黃X-R、弱酸性紅3R、直接橙S、酸性媒介黑-T加入水中，配約為100mg/L的溶液，并加入氯化鈉增強電導率。

2.4 實驗方法

取等量水樣，按照正交試驗中每一組的要求調pH、電流強度和轉速，通電處理后，靜置，并取出上清液測定化學需氧量和色度。影響因素水平及正交方案分別見表2、表3。

表2 因素水平表

表3 正交實驗方案

2.5 測定方法

2.5.1 COD測定

利用COD比色測定法測出處理前后的COD值，并按下面的公式（1-1）求出去除率:

2.5.2 色度測定

本實驗使用UV-1700紫外-可見分光光度計測定色度，活性黃X-R、弱酸性紅3R、直接橙S、酸性媒介黑-T的吸收波長分別是384 nm、503.5 nm、499 nm、620 nm。

本實驗通過測量染料廢水處理前后的吸光度，根據下面的公式（1-2）計算除色率：

2.6 實驗結果

對于黃色染料廢水,處理效果主要受流量影響較大，其他因素對這種顏色染料處理效果的影響不大,與其他因素相比，處理效果受蠕動泵轉速的影響相對較大,電絮凝法處理黃色染料廢水的處理結果受電流的影響相對較小。本實驗中處理黃色染料廢水的最好條件已驗證,試驗條件為pH為7.5,電流為5安培,轉速為4轉每秒,污水回流率為25%。在這種情況下,電絮凝法處理黃色染料廢水，處理后的脫色率可達85%以上,化學需氧量去除率達到70%左右。

紅色染料廢水的處理效果受這些因素的影響較大，其中蠕動泵轉速對染料處理效果影響較大,除此之外為污水的回流率,而pH的影響很小。本實驗中處理紅色染料廢水的最好試驗條件為pH為7.5,電流為5安培,轉速為4轉每秒,污水回流率為20%。在這種情況下,電絮凝法處理紅色染料廢水，處理后的脫色率可達87%以上,化學需氧量去除率達到72%左右。

電絮凝法處理橙色染料廢水時各影響因素的順序為:電流大小、蠕動泵轉速、酸堿度、回流率等,即電絮凝法處理橙黃色染料廢水電流大小對處理效果影響較大,本實驗中處理橙黃色染料廢水的最好試驗條件為pH為7,電流為5安培,轉速為5轉每秒,污水回流率為30%。在這種情況下,電絮凝法處理橙黃色染料廢水，處理后的脫色率可達82%以上,化學需氧量去除率達到77%左右。

工業染料廢水處理效果影響因素中，廢水pH、電流大小、污水回流率對酸性黑色廢水處理效果的影響不高,同時蠕動泵的轉速對黑色染料廢水的處理也很小。本實驗中電絮凝處理黑色染料廢水的最好試驗條件為pH為7.5,電流為4安培,轉速為3轉每秒,污水回流率為40%。在這種情況下,電絮凝法處理黑色染料廢水，處理后的脫色率可達83%以上,化學需氧量去除率達到64%左右。

表4 電絮凝法對四種染料廢水的實驗處理最佳條件及結果

3 結果分析

電絮凝法在某種情況下，對弱酸性染料的除色率較差，對其他的三種染料除色率還是相對高的。這一現象與化學絮凝的結果稍有差別。化學絮凝法處理污染物主要包括了四種反應：壓縮雙電層、中和、吸附架橋以及沉淀。電化學絮凝除以上四種反應過程之外，還包括了氧化還原反應。水中有余氯時陽極除了上文提到的反應外，還會發生以下的反應：陽極:2Cl-(aq)→Cl2(g)+2e-

電極的陰極生成了還原性較強的氫，陽極則生成強氧化性的氯氣。其中的Cl2與廢水中的發色基團氧化還原進而將廢水除色。而電絮凝法實驗中，廢水在pH為6至9之間的情況下處理時，出水pH升為11，經分析研究得出原因是：隨著反應進行，陰極的氫氧根大量積累，導致廢水的pH值升高。

[1]姜佩.染料廢水處理技術研究.中國海洋大學.2012.7.

[2]李杰.電絮凝法處理毛毯印染廢水的研究.合肥工業大學.2008.6.

[3]張峰振,楊波,張鴻,趙緒新,劉劍洪.電絮凝法進行廢水處理的研究進展.工業水處理.2012.12.