內(nèi)電解法處理高鹽廢水

1、內(nèi)電解法(IEP)處理高鹽度有機(jī)廢水的實(shí)驗(yàn)研究王宏1） 鄭一新1） 錢(qián)彪1） 寧平2）（1） 昆明市環(huán)境科學(xué)研究所，昆明 650032 ；2）昆明理工大學(xué)，昆明 650093）摘 要 應(yīng)用內(nèi)電解法處理紫膠合成樹(shù)脂生產(chǎn)過(guò)程中排放出的高鹽度有機(jī)廢水實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，能夠有效地去除廢水中的有機(jī)污染物，提高透明度，使COD去除率達(dá)94%，BOD5去除率達(dá)90%以上。而且設(shè)備簡(jiǎn)單、耐沖擊性、操作簡(jiǎn)單、不需要投加化學(xué)藥劑、增設(shè)投藥設(shè)備和易實(shí)現(xiàn)管理現(xiàn)代化等優(yōu)點(diǎn)，為高鹽度有機(jī)廢水處理提供了一條新途徑。關(guān)鍵詞 高鹽度有機(jī)廢水 電化學(xué)反應(yīng) The Treatment of High-salinity Organowa

2、stewater by ElectrocoagulationWANG Hong1） ZHENG Yixin1） QIAN Biao1） NING Ping2）(1)Kunming Environmental Science Institute, Kunming 650032;2)Kunming University of Science and Technology ,Kunming 650092)Abstract The electro-coagulation and floatation method was applied for the treatment of high-salini

3、ty organowastewater of producing synthetic resin by the lac .It was found that COD and BOD5 removal rates were respectively 94% and 90%. In addition to its obvious effectiveness for organic compounds treatment, the electro-coagulation and floatation method requires simple facilities, with high resis

4、tance to impact and simple operations, without additional chemical agents and thus additional agent-adding equipment, and easy to realize management modernization.Keywords High-salinity organic wastewater; Electrochemistry; Coagulation; Floatation. 內(nèi)電解法（Internal Electrolysis Process ）,是利用電化學(xué)中的原電池理論建

5、立起來(lái)的一種新型的、頗為有效的廢水處理方法。近年來(lái)已有不少人對(duì)該法的原理和應(yīng)用進(jìn)行了研究13，據(jù)報(bào)道，IEP內(nèi)電解法已用于處理含重金屬離子廢水2、染料及印染廢水3、6、7、含油8、表面活性劑6、含酚廢水8和有機(jī)廢水12等的處理；但用于處理紫膠合成樹(shù)脂生產(chǎn)過(guò)程中排放出的高鹽度有機(jī)廢水還未見(jiàn)報(bào)道，同時(shí)因該廢水中CL含量高達(dá)12300 mg/l左右,已大于5000 mg/l4會(huì)嚴(yán)重干擾COD的測(cè)定，使得用COD去除率來(lái)評(píng)價(jià)處理效果帶來(lái)困難，筆者用IEP內(nèi)電解法處理含復(fù)雜有機(jī)物的紫膠合成樹(shù)脂廢水，并用透光率和COD 校正方法進(jìn)行測(cè)定5評(píng)價(jià)處理效果，取得了較為滿意的結(jié)果。1 內(nèi)電解法的原理： 內(nèi)電解法是

6、將兩種金屬或不同的金屬制成的物體相接觸，將其浸入含電解質(zhì)的廢水中，就形成了原電池。由于兩種金屬緊密連接，形成短路，電池連續(xù)不斷地起作用，使電位較低的電極（陽(yáng)極或稱負(fù)極）起氧化作用，而電位較高的電極（陰極或稱正極）起還原作用。如以活化后的鑄鐵為電極形成Fe-C原電池，由于Fe的電位較低，在原電池中為陽(yáng)極，在陽(yáng)極上Fe發(fā)生氧化作用： 陽(yáng)極：Fe2e Fe2+ E0（Fe2+/ Fe）= -0.44V 陰極（C）上可能發(fā)生下列兩種反應(yīng)：（1） 氫離子還原成H2析出；（2） 大氣中的氧氣和水中的溶解氧在陰極上取得電子，在電極發(fā)生還原反應(yīng)： 陰極：2H+2e H2 （酸性溶液中） E0（H+/ H2 ）

7、= 0.00V O2 + 4H+ + 2e 2H2 O（酸性溶液中） E0（O2/ H2 O）= 1.22V 在有氧的存在下，鐵的腐蝕和溶解會(huì)更快。 在溶液中Fe2+與OH-結(jié)合，生成Fe（0H）2，然后又和水中的和空氣中的氧發(fā)生作用Fe（0H）3絮體，起凝絮混凝作用，使水體得到凈化。因此在IEP內(nèi)電解反應(yīng)器中增設(shè)嚗氣裝置是必要的。另外在IEP內(nèi)電解反應(yīng)器中一般可產(chǎn)生3種效應(yīng)，既內(nèi)電解氧化還原、電解絮凝和電解氣浮。按照電化學(xué)氧化還原理論，電解時(shí)陽(yáng)極和陰極上的反應(yīng)并不限于陰離子的析出陽(yáng)極的溶解和陰極上的陽(yáng)離子的的析出，任何能夠放出電子的氧化反應(yīng)都能在陽(yáng)極上進(jìn)行，同樣任何能夠從陰極上取得電子的還原

8、反應(yīng)都能在陰極上進(jìn)行。對(duì)含復(fù)雜成分的廢水處理中其電極上和溶液中的反應(yīng)更為復(fù)雜。近年來(lái)有機(jī)物的電解制備研究也很多9。因此對(duì)含有油份、色素和表面活性劑等多種有機(jī)物質(zhì)的廢水凈化中，可能有機(jī)物的電解質(zhì)溶液在IEP內(nèi)電解反應(yīng)器中本身也會(huì)發(fā)生一系列的氧化還原反應(yīng)，一些大分子帶電荷的有機(jī)物也參予了反應(yīng)，形成新的產(chǎn)物，部分有機(jī)物被極化形成帶電荷陽(yáng)離子和陰離子，在發(fā)生電解絮凝的同時(shí)也有吸附、凝絮、氣浮、電性中和、過(guò)濾以及微生物降解等綜合的協(xié)同作用，使得廢水中的污染物質(zhì)得到降解。內(nèi)電解氣浮主要是內(nèi)電解過(guò)程中的陰極反應(yīng)，有時(shí)也會(huì)部分出現(xiàn)于陽(yáng)極反應(yīng)9。由于內(nèi)電解過(guò)程沒(méi)有外加電源，與電解氣浮相比反應(yīng)較為平緩，沒(méi)有大量的

9、氣泡浮出，因此一般不考慮內(nèi)電解氣浮的作用。但在PH值較低的酸性廢水處理中，內(nèi)電解氣浮的作用不能忽視。另外當(dāng)溶液中有氯化物存在時(shí)，在陽(yáng)極上所生成的氯氣，有一部分溶解在溶液中發(fā)生次級(jí)反應(yīng)而生成次氯酸鹽和氯酸鹽5，對(duì)溶液起漂白和滅菌殺藻作用。當(dāng)極板發(fā)生鈍化，超電勢(shì)高于氯離子放電電位時(shí)，引起氯離子在陽(yáng)極上放出電子，生成分子態(tài)氯： 陰極： 2CL2e CL2 （溶液反應(yīng)）氯氣，有一部分溶解在溶液中發(fā)生次級(jí)反應(yīng)而生成次氯酸鹽和氯酸鹽：2CL+ 3H2 O CLO+CLO2 +3H2 電解過(guò)程產(chǎn)生的氣量，其數(shù)量服從法拉第定律。即電極上析出的物質(zhì)數(shù)量與通過(guò)溶液的電流強(qiáng)度和通電時(shí)間成正比，也就是與通過(guò)溶液的庫(kù)侖

10、電量成正比6。 G = K· I· t = E/F·I·t式中：G電極上析出物質(zhì)量（g）；K電化學(xué)當(dāng)量數(shù)（K = E/F）（g/C）;E析出物質(zhì)當(dāng)量數(shù)（g/mol）;I電流強(qiáng)度（A）； t電解時(shí)間（S）。由于析出1克當(dāng)量任何物質(zhì)都需要96500庫(kù)侖（C）當(dāng)量，故電量為IPage: 4·t庫(kù)侖，電解過(guò)程產(chǎn)生的氫氣（H2）的理論產(chǎn)量為：G H2= I· t /96500 = 1.036×10-5 ·I· t氯氣（CL2）的理論產(chǎn)量為：G CL2= I· t ·16 /96500 = 1.6

11、58×10-4 ·I· t總之，用內(nèi)電解法凈化廢水是多種作用綜合協(xié)同的結(jié)果。2 實(shí)驗(yàn)部分：2.1實(shí)驗(yàn)裝置IEP內(nèi)電解反應(yīng)器用100×1500mm的有機(jī)玻璃柱制成，底部設(shè)進(jìn)水口和不銹鋼絲網(wǎng)及瀑氣器，以飽和后的活性炭（用原水浸泡2天）和還原性鐵粉（化學(xué)純），分別按體積1：1充分?jǐn)嚭突炀笱b入內(nèi)電解反應(yīng)器中，先用2%的稀鹽酸進(jìn)行活化，再用蒸餾水進(jìn)行沖洗。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。2.2實(shí)驗(yàn)方法將廢水放入高位水箱，在攪拌的條件下流入IEP內(nèi)電解反應(yīng)器；等水位到達(dá)規(guī)定的刻度時(shí)，停止進(jìn)水，進(jìn)行內(nèi)電解反應(yīng)；一定時(shí)間后取樣測(cè)定透光率和COD值，透光率用721分光光度計(jì)測(cè)定；C

12、OD用重鉻酸鉀法測(cè)定（標(biāo)準(zhǔn)法）和COD 校正方法進(jìn)行測(cè)定5。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論3.1 CFe內(nèi)電解法處理效果以活性炭還原性鐵粉為電解材料對(duì)廢水進(jìn)行電解處理實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出內(nèi)電解法反應(yīng)進(jìn)行的比較緩慢，對(duì)該廢水處理一般需要2天以上的時(shí)間。當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)法（重鉻酸鉀法）測(cè)定時(shí)，由于CL的干擾，其結(jié)果重現(xiàn)不好，COD的去除率也不高，后用文獻(xiàn)介紹的高濃度含鹽廢水COD的測(cè)定方法進(jìn)行校正，其結(jié)果重現(xiàn)性較好，對(duì)應(yīng)透光率有較好的線形關(guān)系。 電解時(shí)間（h）圖3 CFe內(nèi)電解法處理效果3.2 PH值對(duì)處理效果的影響通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溶液的PH值較低時(shí)，反應(yīng)較快所產(chǎn)生的氣泡數(shù)量明顯增多，在PH2時(shí)，產(chǎn)

13、生明顯的內(nèi)電解氣浮現(xiàn)象，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行PH值越低處理水透明度明顯減低，這主要是由于Fe3+的大量生成使溶液呈棕紅色，從圖2可以看出溶液的PH值越低，內(nèi)電解反應(yīng)進(jìn)行的越快，處理效果也較好，但當(dāng)PH3以后，對(duì)處理效果影響不大，適宜的PH值控制在PH=3.54.5為好。圖2 PH值對(duì)電解效果的影響33 CFe內(nèi)電解法對(duì)高鹽度有機(jī)廢水的綜合處理效果：表2表明CFe內(nèi)電解法對(duì)處理高鹽度有機(jī)廢水有較好的效果，可使COD降低90%以上（校正法），同時(shí)對(duì)BOD，TP，TN均有較高的去除率，用該方法處理紫膠合成樹(shù)脂廢水經(jīng)過(guò)濾后出水指標(biāo)能夠達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)（GB89781996）。表2 電解凝絮法對(duì)紫膠合成樹(shù)脂

14、廢水的綜合處理效果PHSS（mg/l）COD（mg/l）BOD5（mg/l）TP（mg/l）TN（mg/l）色度（稀釋倍數(shù)）原水5.506702458355.807.7837.59160處理水7.08未檢出21233.111.085.640去除率100%91.38%90.47%86.12%85%100% 注：1）進(jìn)水PH 3.8 電解時(shí)間48小時(shí) 2）COD以校正方法測(cè)定。4 結(jié)論通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得出如下結(jié)論：a. 內(nèi)電解法對(duì)處理紫膠合成樹(shù)脂生產(chǎn)過(guò)程中排放出的高鹽度有機(jī)廢水，具有明顯的處理效果，不但能夠有效降低廢水中的COD，增加透明度，同時(shí)對(duì)BOD、TP、TN都有較高的去除率。b. 用內(nèi)電解法處理存在反應(yīng)緩慢，停留時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，控制在進(jìn)水較低的PH值可有效地縮短反應(yīng)時(shí)間，但較低的PH值可能會(huì)增加處理成本。對(duì)該廢水處理適宜的PH3.54.5。c. 使用內(nèi)電解法對(duì)處理紫膠合成樹(shù)脂生產(chǎn)過(guò)程中排放出的高鹽度有機(jī)廢水具有如下優(yōu)點(diǎn)不需要外加電源、不需要投加化學(xué)藥劑，可節(jié)省電費(fèi)、藥劑與投藥設(shè)備費(fèi)用；投資和處理費(fèi)用低，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作管理方便，簡(jiǎn)單易行。原材料來(lái)源廣泛