電化學(xué)法在處理造紙廢水中的應(yīng)用

1、 應(yīng)用電化學(xué)電化學(xué)法在處理造紙廢水中的應(yīng)用 姓名：竇宇擎（化工092，2009012006）電化學(xué)法在處理造紙廢水中的應(yīng)用竇宇擎（化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，化工092，2009012006）摘要：造紙廢水對環(huán)境所造成的污染問題日益突出。常規(guī)的堿回收技術(shù)、生化技術(shù)等存在投資規(guī)模大、 運行費用高、技術(shù)含量高等特點,只能在一些大型造紙廠中使用,而在大部分中小型造紙廠是不適用的。因此,尋找更適合中國國情的造紙廢水處理技術(shù)一直是我國各研究機(jī)構(gòu)重點攻關(guān)的研究課題。電化學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展并為廣大環(huán)保工作者所重視,作為一種對各種廢水處理適應(yīng)性強(qiáng)、高效、無二次污染的處理方法,已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水和生活廢水的處理當(dāng)中。關(guān)

2、鍵詞：氧化；電解；廢水凈化；離子Electrochemical method in the treatment of paper making wastewaterDou Yu-qing（Chemical engineering and technology092，2009012006）Abstract：Papermaking wastewater to the environment caused by pollution problems have become increasingly prominent . The conventional alkali recovery techno

3、logy, such as the existence of biochemical technology of large scale of investment, high operation cost, high technology content, only in some large paper mill in use, while in most small and medium-sized papermaking factory is not applicable. Therefore, to find more suitable for Chinas national con

4、ditions of papermaking wastewater treatment technology is our country all the time the research institutes focus on key research topics . Electrochemical technology rapid development and for the majority of environmental protection workers of the importance, as a kind of all kinds of wastewater trea

5、tment, high efficiency, strong adaptability of no two pollution treatment method, has been widely used in the industrial wastewater and domestic wastewater treatment.Key words：Oxidation；Electrolysis；Purification of waste water；Ion本文介紹了適用于處理造紙廢水的電化學(xué)法,并對采用該法處理造紙廢水的研究進(jìn)展進(jìn)行了概括。1 電化學(xué)法1.1 電凝聚氣浮法在外電壓作用下,利用可

6、溶性陽極(鐵或鋁),產(chǎn)生鐵離子和鋁離子等，通過絮凝生成沉淀物,同時陰極上析出大量氫氣微氣泡與絮粒粘附在一起上浮,這種方法稱為電凝聚電氣浮。產(chǎn)生的金屬離子在水中水解、聚合,生成一系列多核水解產(chǎn)物而起凝聚作用,同時通過液相和氣相電極反應(yīng),新生態(tài)的氫氣和氧氣以微氣泡的形式出現(xiàn)，可以選擇性破壞氯苯、 醌類等芳香族化合物的環(huán)狀結(jié)構(gòu),使其分解為低分子的有機(jī)物,還有可能直接被氧化為二氧化碳和水，不產(chǎn)生污泥,是一種很有前途的造紙廢水凈化方法。通電條件下表現(xiàn)出活性的木素化合物之類物質(zhì),大部分可用電凝聚法除去1,而在通電條件下表現(xiàn)出非活性的糖類的物質(zhì),幾乎不能被除去。處理前后，BOD/ COD 比值變化很大,電凝

7、聚可提高廢水的可生化性。1. 2 內(nèi)電解法內(nèi)電解法又稱微電解法,通常是以顆粒料炭、煤礦渣或其他導(dǎo)電惰性物質(zhì)為陰極,鐵屑為陽極,廢水中導(dǎo)電電解質(zhì)起導(dǎo)電作用構(gòu)成原電池。陽極反應(yīng)為: FeFe+2e-陰極反應(yīng)為酸性條件下:2H+2e-H2堿性條件下: O2+2H2O+4e-4OH-電解質(zhì)中反應(yīng)為:Fe2+2H2O=Fe (OH) 2+2H+H+Fe (OH)2+1/2O2Fe(OH) 3亞鐵離子具有較強(qiáng)的還原作用,可使廢水中的某些氧化性組分還原,同時生成氫氧化鐵和氫氧化亞鐵還具有絮凝和吸附作用。原電池的微電流也有直接氧化還原作用,還能刺激水體中微生物的代謝作用,促進(jìn)微生物處理廢水。此外,陽極生成的大

8、量的亞鐵離子不斷地進(jìn)入溶液,不但有效地克服了陽極極化反應(yīng),而且其還原作用使一些大分子降解為小分子,同時,生成的亞鐵離子作為絮體中心,絮凝吸附水中懸浮顆料,達(dá)到廢水凈化的目的。由于采用工業(yè)廢鐵屑,內(nèi)電解法的優(yōu)點是以廢治廢,不消耗能源,能去除多種污染成分,降低 COD 和脫色，還能提高難降解物的可生化性,利于后續(xù)處理。占地面積小,整個裝置易于實現(xiàn)定型化及設(shè)備制造工業(yè)化,運行費用低,尤其適合中小型廠家廢水治理。缺點是反應(yīng)速度慢,處理廢水量少,反應(yīng)柱易堵塞,對高濃度廢水處理比較困難,且反應(yīng)操作彈性較差。內(nèi)電解法處理亞硫酸鹽漿中段廢水具有較好的效果，比單純使用鐵屑/炭在酸性水溶液中絮凝效果好。這表明在微

9、電解反應(yīng)過程中,廢水有機(jī)物參與電極反應(yīng),新生亞鐵和鐵離子水解生成的氫氧化物具有較強(qiáng)的絮凝吸附能力2。1. 3 電化學(xué)氧化法用電解法處理清黑液的基本原理是利用直流電對清黑液進(jìn)行電解,陽極上釋放出新生態(tài)的氧和氯具有很強(qiáng)的氧化能力,能使清黑液中的有機(jī)物發(fā)生強(qiáng)烈的氧化而分解,或使其轉(zhuǎn)化為一些無害的物質(zhì),最終生成二氧化碳和水。同時在電解過程中,通過電解槽中的一些物理化學(xué)作用,將有機(jī)物從廢水中分離出來,使廢水得到凈化。李洪偉3采用電解法處理造紙清黑液,可以有效地分解、破壞水中的有機(jī)物、降低清黑液的COD。電解槽中電流密度、氯離子含量、p H值、電極板間的距離是影響電解法去除清黑液的COD的重要因素。實驗結(jié)

10、果表明,電解法處理后的清黑液,經(jīng)過苛化處理,可以返回用于蒸煮,實現(xiàn)循環(huán)用水,即避免了環(huán)境污染,又降低了生產(chǎn)成本,提高了經(jīng)濟(jì)效益。1. 4 膜輔助電解法膜輔助電解作為膜分離技術(shù)的一種,在國外已廣泛用于木漿黑液處理的研究4。裝置陽極區(qū)為造紙廢水,陰極區(qū)為稀的氫氧化鈉導(dǎo)電液,中間用可以抗污染的陽離子交換膜分隔開,在外加直流電場作用下,黑液中的鈉離子通過陽離子交換膜遷移到陰極區(qū),陰極區(qū)的 氫氧根由于陽膜對陰離子的阻斷作用而留在陰極區(qū),并與遷移來的鈉離子結(jié)合生成氫氧化鈉而被回收;同時,在電場作用下,陽極發(fā)生水分子失去電子的氧化反應(yīng),生成氧氣和氫離子,陰極發(fā)生水分子得到電子的還原反應(yīng)。隨著陽極H+濃度的增

11、加,黑液中的木素等有機(jī)酸鈉鹽發(fā)生酸析反應(yīng),生成木素等有機(jī)酸而析出,同時釋放出鈉離子并被回收，因此,采用這種方法回收黑液中的堿更為完全。最佳操作條件如下:陽極區(qū)草漿黑液強(qiáng)制攪拌,工作電壓 4. 5 V，處理時間30min。黑液的堿回收率可達(dá)90 %左右，電流效率大于70 %。許力等用超聲波膜電解技術(shù)處理造紙廢水,廢水的堿回收率高于其它膜電解技術(shù),出水可適當(dāng)投加廢酸使木素進(jìn)一步沉淀。2 影響電化學(xué)法處理廢水效果的因素2. 1 電極材料在不同性質(zhì)的電極材料上,有機(jī)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)的可能性和速率,以及副反應(yīng)的發(fā)生程序不同。電極材料的性質(zhì)及其表面積在電化學(xué)氧化還原反應(yīng)動力學(xué)中起著主要的作用,在復(fù)雜的氧

12、化還原反應(yīng)中尤為明顯。電極材料對電還原反應(yīng)的影響往往歸因于在它上面出現(xiàn)析氫電位,氫過電位高的金屬往往促進(jìn)還原反應(yīng),在這樣的電極上一些難以還原的物質(zhì)比較容易達(dá)到其可被還原的電位。同樣,電極材料對電氧化反應(yīng)的影響也歸因于在它上面出現(xiàn)的氧過電位。一般來說,難降解有機(jī)物的氧化需要具有高氧過電位的電極5。在電化學(xué)反應(yīng)中,電極表面區(qū)域隨著電荷移動而伴生非均相催化反應(yīng),因此,參與反應(yīng)的電荷的移動速率同樣影響著催化反應(yīng)的速率,電荷的移動速率是由電極的電位,即電極電位和過電位決定的,其中電極電位由電極基體材料決定。盡管電極類型各異,但對它們有共同的要求,即好的導(dǎo)電性和耐蝕性。用Sb2O3覆蓋的Ti/ SnO2電

13、極是一種有高析氧電位、 催化性能優(yōu)良、導(dǎo)電性良好、適于處理有機(jī)工業(yè)污水的電極。2. 2 電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液的濃度對有機(jī)物的催化降解速率影響表現(xiàn)在兩方面:一是電解時,溶液濃度太低,濃度差很小,電流小,降解速率太低。一般情況下,隨著電解質(zhì)溶液濃度的增加,槽電壓降低,降解速率增高。但電解質(zhì)投入量增大,處理費用增加,并且會增加溶液中電解質(zhì)離子濃度。二是電解過程會產(chǎn)生復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng),不同的電解質(zhì)會發(fā)揮不同的作用。例如 ,存在氯離子時，電解過程中會產(chǎn)生氯氣、次氯酸根存在硫酸根和碳酸根時，會在陽極被氧化為過硫酸鹽和過碳酸鹽,從而增加對有機(jī)物的氧化降解能力。對各有機(jī)污染物水處理體系的電催化反應(yīng)條件進(jìn)行深入研究,確定最佳催化降解條件,對提高催化降解速率、降低水處理費用是非常必要的。參考文獻(xiàn)1 王耀新. 電化學(xué)凝聚法處理造紙廢水J . 紙和造紙,2004 (增刊) :70271.2 譚蕾,湯正河,曾祥欽.電凝聚-空氣氧化處理草漿造紙黑液酸析木質(zhì)素后濾液COD的研究J.貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) ,2004