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高壓脈沖電絮凝法處理印染廢水研究

文檔作者：詹君翔李敬許建平劉明華文檔來源： l福州大學環(huán)境與資源學院 2福建省生物質資源化技術開發(fā)基地		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月06日
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高壓脈沖電絮凝法處理E口染廢水研究
詹君翔李敬許建平劉明華
fl福州大學環(huán)境與資源學院
2福建省生物質資源化技術開發(fā)基地福建福州350108)
摘要以自制高壓脈沖電絮凝裝置處理印染廢水。研究脈沖電壓、電絮凝時間、溶液pH值、極板間距等對印染廢水的處
理效果的影響。通過正交和單因素分析，得出最佳工藝條件為：板間距為3cm，電絮凝時間為90min，脈沖電壓為60V時，此條
件下，印染廢水的COD＆去除率為73．63％，SS去除率為98．27％。
關鍵詞高壓脈沖電絮凝印染廢水CODc，去除率
中圖分類號：X78 文獻標識碼：A 文章編號：1672—9064(2015)03-065—03
印染廢水作為業(yè)內(nèi)公認難處理的工業(yè)廢水?．具有水質
變化大、污染物成分復雜、有機物含量高、難降解物質多等特
點【2]。據(jù)不完全統(tǒng)計．我國每年會生產(chǎn)近十萬t的染料。按每
噸染料產(chǎn)生7t廢水的比例計算[3】．我國每年都要產(chǎn)生近70
萬t的印染廢水m“。因此，印染廢水的處理成為了當務之急。
印染廢水常用的處理技術很多．其中．電絮凝法作為一
種新型處理技術．逐漸進入人們的視野當中[5]。采用電絮凝
法處理印染廢水．無需添加化學藥劑．設備體積小．且占地的
面積少，操作較為簡單．在去除部分COD的同時，還可提高
廢水的可生化性能[6]。然而，傳統(tǒng)電絮凝法存在電極極化．會
導致電耗升高，處理效率降低r7]，為克服上述問題，國內(nèi)外學
者將脈沖技術引入高壓脈沖技術[8引．在降低反應能耗的同
時，促進電極表面的離子擴散，有效防止電極的極化，提高廢
水的處理效果r10]。
高壓脈沖電絮凝法是一種利用鋁、鐵等金屬作為陽極．
在通電狀況下．溶解成為氫氧化物使廢水中膠體分離的一種
化學方法，具有處理效率高、速度快、操作簡便、產(chǎn)生污泥量
少、無需添加化學劑等諸多優(yōu)點，因此，它也一度被認為是最
有前途的一種處理技術?]。
本文采用自制的高壓脈沖電絮凝裝置．以印染廢水
COD。去除率和sS去除率為指標，對高壓脈沖電絮凝技術
處理印染廢水進行了研究．考察了脈沖電壓、電絮凝時間、溶
液pH值、極板問距等對印染廢水的處理效果的影響。
1 實驗
1．1試劑
實驗采用印染廢水由福建石獅某印染企業(yè)提供．廢水
CODo為3858．66mg／L，SS為99．60mg／L，pH值為7．51，折射
率為55．4％；鹽酸(西隴化工股份有限公司)．氫氧化鈉(天津
市福晨化學試劑廠)，重鉻酸鉀(廣東西隴化工廠)，硫酸汞
(貴州省銅仁化學試劑廠)，濃硫酸(中國上海試劑總廠)，硫
酸銀(上海市博達銀業(yè)化工廠)，均為分析純試劑。
1．2儀器設備
自制高壓脈沖電絮凝裝置(由成都金億鐳科技有限公司
加工)；FAl0004上皿電子天平(上海精密科學儀器公司)；
101一A數(shù)顯電熱恒溫干燥箱(上海陽光實驗儀器公司)；6B一
12型COD消解儀(江蘇盛奧華環(huán)保科技有限公司)；6B一200
型COD測定儀(江蘇盛奧華環(huán)保科技有限公司)。
1．3 高壓脈沖電絮凝裝置操作
高壓脈沖電絮凝裝置的操作步驟：①安裝好電解槽中的
鋁電極板．2個電極板之間的距離根據(jù)實驗要求進行調(diào)整，
通常為l～4cm：⑦連接好脈沖調(diào)制部分與電解槽2個電極板
之間的連接線；③將待測印染廢水緩緩倒入電解槽中，槽中
廢水的高度為100ram，總量為2500raL：④將頻率設置調(diào)在
4000Hz檔．將直接電源的“電壓調(diào)節(jié)”按鈕逆時針旋至最小
位置(0V)，通電，將電壓逐漸緩慢增加到10～50V范圍，觀察
電流表指示．從而觀察儀器是否正常．再根據(jù)需要選取20—
100V的電壓；⑤選擇4kHz的頻率，通電進行電解試驗，電絮
凝時間為3-180min。
1．4 COD。的測定
本文以廢水COD。去除率和SS去除率為指標，評價高
壓脈沖電絮凝的效果。其中，CODo采用快速消解分光光度
法測定，該方法的測定原理為：在一定量的廢水中加入已知
量的重鉻酸鉀溶液．在強硫酸介質中。以硫酸銀作為催化劑，
經(jīng)165℃恒溫消解．重鉻酸鉀被水中有機污染物還原為三價
鉻(C一)，由于廢水中的COD。值與三價鉻(Cr3+)的吸光度的
增加值成正比例關系．故可通過在特定波長處測定三價鉻
(C，)的含量，得出廢水的COD。值。
快速消解分光光度法測定儀的使用方法如下：
(1)試劑的配制。Cl試劑的配制：稱取在120。C烘干2h
的分析純重鉻酸鉀12．2589，溶于蒸餾水中，移入1000mL的
容量瓶中．稀釋至標線．搖勻，再加入少量硫酸汞粉末。C2試
劑的配制：向500raL濃硫酸中加入59硫酸銀，攪拌至硫酸
銀完全溶解．放置l～2d備用。
(2)水樣的測定。實驗中先通過6B—12型消解儀對廢水
消解10rain后，再用6B一200型速測儀測定廢水中COD。值，
主要流程為：開啟COD消解儀與測定儀一取3mL水樣于試
管中一加lmL C1試劑一緩慢加入5mL C2試劑一搖勻后．
將試管慢慢插入消解儀中．在165℃開始消解10min一空冷
作者簡介：詹君翔(1994～)，男，福建莆田人，本科生，主要從事再生資源綜合利用方面的研究。
通訊作者：劉明華(1970～)，男，福建莆田人，教授，博士生導師，主要從事功能材科的研究。
萬方數(shù)據(jù) ,9015．No．3 o
2min一加3mL蒸餾水，搖勻一水冷2min一測定COD。值。
2結果與討論
2．1 電絮凝基本原理
電絮凝法是在外加直流電場的作用下．可溶性陽極(實
驗中為鋁電極)會產(chǎn)生陽離子(Ap+)．陽離子能夠在溶液中水
解、聚合．生成系列多核羥基絡合物和氫氧化物．這些產(chǎn)物可
作為絮凝劑而起到絮凝的作用．在電解過程中會發(fā)生電解氧
化還原反應．以鋁電極為例．其典型的電極反應如下[9]：
陽極(氧化)：Al一3e一一一Al“
陰極(還原)：2H20+2e—一H2(g)+20H—
Al呵以與OH-l：2單分子或高分子的形式結合．生成AI(OH)。、
AI(OH)2+xAI(OH)4-、A1。(OH)7+等絡合物，最后形成AI(OH)，
微絮體，其效果較之藥劑絮凝更好[5]：同時，在陰極產(chǎn)生H2，
逸出形成極小的氣泡．能夠將廢水中的凝聚物夾帶而出．上
浮到電解槽的電解液表面．同時起到絮凝與氣浮的作用．從
而提高廢水的處理效果。
2．2正交實驗研究
在高壓脈沖電絮凝法處理印染廢水過程中．脈沖條件及
廢水本身的性質都會處理效果產(chǎn)生較大的影響。以脈沖電
壓、電絮凝時間、溶液pH值、極板間距為因素，以廢水COD。
去除率為指標．設計了4因素3水平正交實驗．考察各因素
對電絮凝效果的影響。實驗選用k(3。)正交設計表，正交實
驗各因素與對應的水平見表1．正交實驗結果見表2．極差分
析結果見表3。
由正交實驗的結果和極差分析可以得出結論：R(時間)
表1因數(shù)與水平表
試驗號A B C D CODc。去除率／％
>R(脈沖電壓)>R(板間距)>R(pH值)，因此各因素對CODcr
去除率影響的主次為：電絮凝時間一脈沖電壓一板問距一pH
值。最優(yōu)方案是A，B，C：一D，，即脈沖電壓40V，電絮凝時間
90min，板間距3cm，廢水pH值為9。
2_3單因素實驗
由正交實驗結果可知．電絮凝時間及脈沖電壓對高壓脈
2015．No．3．
表3極差分析結果
沖電絮凝法處理印染廢水具有較大的影響．而板間距及廢水
pH值的影響則較小。因此，為了進一步優(yōu)化電絮凝實驗的反
應參數(shù)，在正交實驗的基礎上，以COD。去除率和SS去除率
為指標，對以上2種主要影響因素進行不同水平的單因素實
驗，并綜合考察其對高壓脈沖電絮凝法處理廢水的影響。
2．3．1 電絮凝時間的影響
由正交實驗結果知，印染廢水pH值對高壓脈沖電絮凝
法的處理效果影響較小，故本實驗不進行廢水pH值的調(diào)
節(jié)，即以原廢水進行研究。在板間距為3cm．脈沖電壓為40V
的條件下．改變電絮凝時間．研究電絮凝時間對高壓脈沖電
絮凝法處理印染廢水效果的影響．結果如圖1所示。
+cODcr去除率，％+ss擊除率／(mr／L)
蓮
靜
餐≮
器
電累凝時間／rain
圖1 電絮凝時間對印染廢水處理效果的影響
由圖l可見，印染廢水的COD。去除率和SS去除率都
隨著電絮凝時間的延長而增大。對于SS去除率．在電絮凝時
間為3min時即可達到90％以上，30min后達到95％以上．繼
續(xù)延長時間，SS去除率的提高幅度不大；對于COD。去除
率．在電絮凝時間為90min時達到64．52％．此后隨著時問的
延長基本保持不變?？紤]到隨著通電時間的增加．電耗也逐
漸增加，綜合考慮，選擇最佳電絮凝時間為90min。
2．3．2脈沖電壓的影響
在板間距為3cm．電絮凝時間為90min的條件下．改變
脈沖電壓．研究脈沖電壓的改變對高壓脈沖電絮凝法處理印
染廢水效果的影響，結果如圖2所示。
由圖2可見．脈沖電壓對SS去除率的影響不明顯．在
20～60V的范圍內(nèi)，SS去除率都能達到95％以上：脈沖電壓
對CODo去除率的影響比較明顯，在電壓較低時，COD。去除
率隨著脈沖電壓的提高迅速增大，脈沖電壓達到50V后．
CODo去除率的提高幅度較小。在脈沖電壓較小時，電解產(chǎn)
生的AI(OH)，量較小，只有絮凝一定量的污染物質：隨著脈
沖電壓的增大．陽極板的溶解增加．進而能產(chǎn)生更多的絮
體．同時．氣泡的產(chǎn)生速率也相應提高氣泡密度增大．加強
萬方數(shù)據(jù) 。
90
75
連60
簪
簍45
者8
30
15
0
-4-CODCr-去除辜腳+sS去除辜，(Ing兄)
0 10 20 30 40 50 60 70
脈沖電壓～
圖2脈沖電壓對印染廢水處理效果的影響
100
80
60妻
攀
40墓
20
0
了AI(OH)，與氣泡碰撞的幾率，從而捕集污染物，有利于污
染物的去除。然而．氣泡密度過大時，會破壞已經(jīng)形成的絮凝
體，使得COD。去除率降低，同時，氣泡也會聚集長大，不利
于電絮凝∽。綜上分析，最佳脈沖電壓為60V，此時，COD。去
除率為73．63％，SS去除為98．27％。
3 結論
(1)以自制高壓脈沖電絮凝裝置處理印染廢水．通過正
交實驗得出，各因素對CODo去除率影響的主次為電絮凝時
間一脈沖電壓一板間距一pH值，最優(yōu)實驗方案為：脈沖電壓
40V，電絮凝時間90min，板間距3cm，廢水pH值為9。
(2)通過單因素實驗，對反應條件進行優(yōu)化，結果表明：
印染廢水的COD。去除率和SS去除率都隨著電絮凝時間的
延長而增大．最佳電絮凝時間為90min：脈沖電壓對SS去除
率的影響不明顯，隨著脈沖電壓的增大，COD。去除率呈先
增大后減小的趨勢。
(3)根據(jù)實驗優(yōu)化結果，在板間距為3cm，電絮凝時間為
90min，脈沖電壓為60V時，印染廢水的CODo去除率為
73．63％．SS去除為98．27％。
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全球氣溫到2050年升幅控制在2攝氏度
加強各國能源部門對氣候變化的適應能力．需要政策和
市場雙管齊下．國際能源署始終認為全球溫度在2050年升
幅控制在2攝氏度之內(nèi)是可行的。但是需要全球能源體系做
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“頁巖革命”改變?nèi)蚰茉词柰ǜ窬?
美國2014年的頁巖油產(chǎn)量迭450萬桶／日．加上常規(guī)原
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國實現(xiàn)了石油供應自給自足，石油制品出口歐洲市場，國內(nèi)
一’llIII一，‘IIII IIII ¨l?，。?11．一,．ItlIIIJ∥‘??d‘?‘·．．?lit_．。?J··一’I
煤炭需求量急劇下降．過剩的煤炭銷往歐洲和亞洲。大大改
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扶持新能源汽車
國務院出臺指導意見，為加快新能源汽車推廣應用。提
出：①加快充電設施建設；②積極引導企業(yè)創(chuàng)新商業(yè)模式；③
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三個基本立足點：①定位在分布式的綠色可再生能源上；②
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