電氧化法處理水性油墨廢水的研

1、電氧化法處理水性油墨廢水的研究趙忠強(qiáng)1 蘆小山2 左衛(wèi)雄1（1.昆山美淼環(huán)?？萍加邢薰?，昆山 215311；2.佛山市南方環(huán)保節(jié)能技術(shù)開發(fā)研究院，佛山528010）摘要：氧化錫（SnO2）電極在電解處理水性油墨廢水領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文首先通過酸析降低水性油墨廢水的固體懸浮物（SS）、化學(xué)耗氧量（CODcr）和色度，并在使用自制氧化錫電極和添加電解助劑條件下，進(jìn)行了電流密度、極距以及pH值等條件的優(yōu)化；然后,對(duì)比自制氧化錫電極與常用電極對(duì)水性油墨廢水電解處理的效果。關(guān)鍵詞：電氧化法；水性油墨廢水；化學(xué)耗氧量；色度The Electro-oxidation Treatment of Wa

2、ter-based Printing Ink WastewaterZhao Zhong-qiang1, Lu Xiao-shan2, Zhuo Wei-xiong1（1.Kunshan Maymuse Environmental Technology co., LTD， Kunshan 215311； 2. Foshan Southern Environmental Protection and Energy Conservation Technology Institute，F(xiàn)oshan 528010）Abstract：Tin oxide (SnO2) electrode has a wid

3、e application in the electro-oxidation treatment of water-based printing ink wastewater. In this paper, the suspended solid (SS), chemical oxygen demand (CODcr) and color of water-based printing ink wastewater are firstly reduced by acid precipitation. Secondly, current density, pH value and polar d

4、istance are optimized under the condition of using home-made tin oxide electrodes and electrolysis additive. Then, the effects of electro-oxidation treatment of water-based printing ink wastewater are compared between home-made tin oxide electrode and common electrode.Keywords: electro-oxidation; wa

5、ter-based printing ink wastewater; chemical oxygen demand; color 1. 前言水性油墨也稱水基油墨或環(huán)保性油墨，由水溶性高分子樹脂、顏料、溶劑（主要為水）以及相關(guān)助劑制備而成。水性油墨廢水主要來源于清洗印刷設(shè)備過程中的污水排放。例如：洗棍、洗槽、洗桶、沖洗操作間等產(chǎn)生的廢水。1油墨色彩的千變?nèi)f化導(dǎo)致其廢水的化學(xué)成分非常復(fù)雜，具有高 COD、高色度、難生物降解等特點(diǎn)，一旦進(jìn)入水體，將對(duì)水環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重污染。2因此，探究一種有效可行的處理方法是當(dāng)務(wù)之急。文獻(xiàn)已報(bào)道的處理方法主要包括混凝法3-4、活性碳吸附5、生化法6-8、Fenton法

6、9-11和微電解法12等。這些方法分別具有各自的有效性和實(shí)用性。在水性油墨廢水的處理中，最大的難點(diǎn)在于高色度和高COD。電氧化可同時(shí)降低色度和COD，而且不會(huì)引入新的化學(xué)處理劑，在水性油墨廢水的處理中具有顯著優(yōu)勢(shì)。楊鵬等13優(yōu)化了酸析的pH值，用自制的改性氧化鉛電極，對(duì)水性油墨廢水在極距1-3 cm、電流密度20-30 mA/cm2和pH值7-9的條件范圍內(nèi)做了COD變化的研究。本文使用自制氧化錫電極探究水性油墨廢水電解氧化過程的影響因素。首先，通過酸析降低初始廢水的SS、COD和色度；然后，在添加電解助劑條件下，使用自制氧化錫電極，對(duì)電流密度、極距以及pH值等條件進(jìn)行優(yōu)化；最后，對(duì)比氧化錫電

7、極和常用電極處理水性油墨廢水的性能差異。2. 氧化錫電極制備2.1 鈦基體預(yù)處理 將100 mm×200 mm的鈦板或鈦網(wǎng)，在丙酮中超聲波清洗除油，置于40%的氫氧化鈉溶液中微沸120min后，洗凈后放入10%草酸溶液微沸120min，沖洗掉表面的草酸和草酸鈦，放入3%草酸溶液中備用。2.2活性層的涂制 將SnCl4·4H2O和SbCl3·3H2O按質(zhì)量比24：1加入鹽酸和正丁醇（鹽酸正丁醇質(zhì)量比為1：2）的混合溶液中，配制成總質(zhì)量濃度8%的涂液，均勻涂覆在預(yù)處理過的鈦表面，130150烘干，再450焙燒10 min。按以上步驟反復(fù)操作18次，最后一次500焙燒6

8、0min，置于蒸餾水中煮沸30min待用。3. 實(shí)驗(yàn)部分3.1分析方法采用稀釋倍數(shù)法（GB11903-89）進(jìn)行色度分析，采用重鉻酸鉀法（GB11914-89）測(cè)定CODcr，固體懸浮物（SS）含量采用重量法GB/T11901-1989進(jìn)行測(cè)定。3.2實(shí)驗(yàn)水樣水性油墨廢水取自廣東佛山市綠之彩印刷有限公司，初始pH值為9.5，COD為3500mg/L，色度為4000，懸浮物（SS）為2000 mg/L。3.3實(shí)驗(yàn)工藝說明 首先對(duì)原水樣進(jìn)行酸析預(yù)處理，用硫酸調(diào)節(jié)pH值，攪拌絮凝后過濾，然后再進(jìn)行電解氧化處理。圖1 電解裝置示意圖電解裝置如圖1所示，電極面積為100*200mm，電解槽中電極極距可根

9、據(jù)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行調(diào)節(jié)。在電解處理過程中，采用泵使水性油墨廢水不斷循環(huán)混合。 4實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析4.1 不同pH值酸析的比較原水用3mol/L的硫酸分別調(diào)節(jié)pH值為2、3、4、5、6，攪拌絮凝后過濾，再測(cè)量酸析過濾后的SS、COD和色度。表1. 不同pH條件下酸析處理結(jié)果對(duì)比pH值23456SS (mg/L)2025202130COD (mg/L)675670680710750色度26502700280028502900水性油墨廢水呈堿性，當(dāng)調(diào)至酸性后，水溶性樹脂會(huì)形成絮狀物并析出。如表1所示，當(dāng)pH值在2-6范圍變化時(shí)，酸析過濾后的差別不明顯；pH值在2-4時(shí)相對(duì)較好。SS經(jīng)酸析過濾后在20-30

10、 mg/L，已達(dá)排放要求；COD值降至約700 mg/L，去除率約80%；色度降至約2800，去除率約30%。4.2 NaCl添加量的優(yōu)化氯離子的加入有助于水性油墨廢水電解的間接氧化。隨氯離子濃度的增加，電解過程中產(chǎn)生的活性氯也會(huì)增加，從而增加電解效率。然而，Cl-加入過多，會(huì)對(duì)水體造成二次污染；此外，Cl-濃度過高也會(huì)影響電極的壽命。因此，有必要對(duì)Cl-添加量進(jìn)行優(yōu)化。用自制氧化錫電極，在極距10 mm，電流密度20 mA/cm2以及pH =4條件下，研究不同NaCl添加濃度對(duì)電解活性的影響。(a)(b)圖2 NaCl添加濃度對(duì)電解處理廢水過程中 (a)COD及(b)色度降低速率的影響如圖2

11、a所示，電解過程中COD的降低速率隨著NaCl濃度的增大而增加，當(dāng)NaCl添加量大于2g/L時(shí)，進(jìn)一步提高NaCl濃度對(duì)COD降低速率的影響不再明顯。如圖2b所示，加入NaCl也可加速色度的降低，添加量大于2g/L時(shí)，進(jìn)一步提高NaCl濃度對(duì)COD降低速率的影響也不再顯著。因此，選取2g/L作為NaCl的優(yōu)化添加量。4.3 電流密度的優(yōu)化(a)(b)圖3 電流密度對(duì)電解處理廢水過程中 (a)COD及(b)色度降低速率的影響電流密度是影響電解速率及能源消耗的重要因素。采用自制的氧化錫電極，NaCl添加2g/L，極距10mm，pH = 4條件下，研究了不同電流密度對(duì)電解處理廢水效率的影響。如圖3a

12、所示，COD的降低速率隨電流密度的增加而增快，電流密度大于20 mA/cm2后，增速不明顯。圖3b顯示，色度的電解速度隨電流密度的增加而增快。當(dāng)電流密度大于20 mA/cm2后，增速則不再明顯。隨著電流密度增大，能耗也相應(yīng)增大。電流密度為30 mA/cm2 時(shí)的COD降低效率比20 mA/cm2增加10%，但電能消耗卻顯著增加。因此，選取20 mA/cm2作為優(yōu)化電流密度。4.4 極距的優(yōu)化在相同條件下，極距越大，電流密度越小。使用自制氧化錫電極在NaCl添加量為2g/L， pH=4條件下，研究了極距對(duì)電解過程中COD及色度變化的影響。圖4 極距對(duì)電解處理廢水過程中 (a)COD及(b)色度降

13、低速率的影響(a)(b)如圖4a所示，同等功率條件下，COD的電解速率隨極距的增加而降低。如圖4b所示，同等功率條件下，色度的電解速率也隨極距的增加而降低。極距減小有利于提高電解效率，降低能耗，但極距過小在實(shí)際的電解設(shè)備中容易造成短路。因此，本研究選取10mm作為優(yōu)化極距值。4.5 溶液pH值的優(yōu)化溶液的pH值也是可能影響電解效率的因素。使用自制氧化錫電極，在NaCl添加量2g/L，電流密度20 mA/cm2，極距10mm條件下，研究了不同pH值對(duì)電解過程中，COD及色度變化的影響。圖5 溶液pH對(duì)電解處理廢水過程中 (a)COD及(b)色度降低速率的影響(a)(b)如圖5a所示，COD在酸性

14、條件下（pH=2，4，6）的降低速率高于堿性條件（pH=8），但pH值處于2-6之間時(shí)，電解效率差別不大。如圖5b所示，酸性條件也有利于色度的降低，pH值介于2-6之間時(shí)，電解效率差別不明顯。因酸析最佳PH值在2-4之間，選取pH=4作為優(yōu)化PH值。4.6 自制電極與其它種類電極的活性比較在NaCl添加量為2g/L，電流密度20 mA/cm2，極距10mm以及pH=4條件下，選取自制氧化錫電極、氧化鉛電極、釕銥電極、銥鉭電極以及石墨電極進(jìn)行電解活性比較。圖6不同電極電解處理廢水過程中 (a)COD及(b)色度降低速率的對(duì)比(a)(b)如圖6a所示，電解過程中COD的降低速率對(duì)比結(jié)果為：自制氧化

15、錫電極>氧化鉛電極>釕銥電極>銥鉭電極>石墨電極。如圖6b所示，電解過程中COD的降低速率對(duì)比結(jié)果為：自制氧化錫電極>氧化鉛電極>釕銥電極>銥鉭電極>石墨電極。不同的電極具有不同的直接氧化和間接氧化的能力，氧化錫電極具有很高的析氧電位，以上實(shí)驗(yàn)表明自制氧化錫電極具有相對(duì)較高的電解效率。5 結(jié)論(1) 最佳酸析pH值為2-4，酸析絮凝過濾后，SS降至20-30mg/L，COD去除率為80%左右，色度降30%左右。(2) 添加NaCl可加速COD和色度電解氧化，綜合考慮，最佳添加量為2g/L。(3) 電流密度越大，電解速度越快，考慮能耗因素，最佳電流

16、密度為20mA/ cm2。(4) 極距小有利于提高電解效率，但極距過小在實(shí)際的電解設(shè)備中容易短路，綜合考慮，最佳極距為10mm。(5) 最佳電解PH值在2-6之間，因酸析的最佳pH值在2-4之間，最佳電解pH值為4。(6) 電極的電解效率：自制氧化錫電極>氧化鉛電極>釕銥電極>銥鉭電極>石墨電極。參考文獻(xiàn)：1夏明輝，吳其華，郭建林. 水性油墨廢水混凝工藝的優(yōu)化研究J. 廣州化工，2012，40（17）：63-65.2甄豪波，程建華，吳振強(qiáng). 油墨廢水處理研究進(jìn)展J. 廣州化工，2011，38（2）：108-110.3吳敦虎，駱萌，付晚濤，等混凝法處理油墨廢水色度的研究J

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