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(lái)，為了提高印染質(zhì)量，在印染過(guò)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(shì)，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(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)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(shí)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(duì)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(jiàn)分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司），320-S 精密pH 計(jì)［梅特勒-托利多國(guó)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(jì)、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(gè)鋁板尺寸為5 cm×17 cm×0.2 mm，每個(gè)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(cè)試

1.3.1 色度及色度去除率

利用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)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(jì)算去除率：

其中，A0為初始吸光度，At為在t時(shí)刻吸光度。

1.3.2 CODCr和CODCr去除率

CODCr的測(cè)定參考GB/T 11914—1989，并根據(jù)以下公式計(jì)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(shí)刻的化學(xué)需氧量。

2 結(jié)果與討論

2.1 通電時(shí)間

通電時(shí)間對(duì)電凝聚法降解印染廢水有明顯的影響，通電時(shí)間太短，無(wú)法完全降解有機(jī)物，通電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)造成能源浪費(fèi)。對(duì)于電凝聚系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，電能是最主要的成本，因此，選擇合適的通電時(shí)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(shí)間的延長(zhǎng)，色度和CODCr去除率均趨于平緩。這是因?yàn)殡S著通電時(shí)間的延長(zhǎng)，溶液內(nèi)絮狀物增多，分子間碰撞概率降低，反應(yīng)速率減小；另外，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(shí)就達(dá)96%，此時(shí)CODCr去除率達(dá)53%，繼續(xù)延長(zhǎng)通電時(shí)間，CODCr去除率增加緩慢。綜合考慮色度、CODCr去除率，將通電時(shí)間設(shè)置為60 min。

圖2 色度、CODCr去除率與通電時(shí)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(guò)6 mA/cm2時(shí)，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(guò)12 mA/cm2時(shí)變化趨于平緩。這是因?yàn)殡娏髅芏容^小時(shí)，陽(yáng)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(shí)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(shí)，反應(yīng)速率主要受凝聚反應(yīng)影響，電流密度的增大對(duì)活性黑5 的去除率幾乎沒(méi)有影響［8］。考慮到能耗，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(duì)色度去除率的影響較小；但CODCr去除率受電極間距影響明顯，在電極間距為20mm 時(shí)，CODCr去除率最大，增大或減小電極間距，都會(huì)導(dǎo)致CODCr去除率下降。這可能是由于在電極間距過(guò)大時(shí)，兩極之間的對(duì)流效應(yīng)減小，物質(zhì)傳遞變慢；在電極間距過(guò)小時(shí)，陽(yáng)極會(huì)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(shí)，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(jiàn)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(duì)色度、CODCr去除率影響較大，在pH=6 時(shí)處理效果較好，pH過(guò)高或過(guò)低，色度、CODCr去除率都明顯降低。這主要是因?yàn)閜H 過(guò)高時(shí)，OH-濃度較高，在陽(yáng)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(shí)，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(shí)，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(shí)會(huì)產(chǎn)生·O，其氧化性低于·Cl，對(duì)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(zhǎng)通電時(shí)間、增大電流密度，有利于提高色度、CODCr去除率，但是會(huì)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(shí)間60 min，電流密度12 mA/cm2，pH=6，電極間距20 mm 時(shí)，活性黑5 染料的色度、CODCr去除率分別為99%和65%。