內(nèi)電解法處理高鹽廢水

1、內(nèi)電解法(IEP)處理高鹽度有機廢水的實驗研究王宏1） 鄭一新1） 錢彪1） 寧平2）（1） 昆明市環(huán)境科學研究所，昆明 650032 ；2）昆明理工大學，昆明 650093）摘 要 應用內(nèi)電解法處理紫膠合成樹脂生產(chǎn)過程中排放出的高鹽度有機廢水實驗結果表明，能夠有效地去除廢水中的有機污染物，提高透明度，使COD去除率達94%，BOD5去除率達90%以上。而且設備簡單、耐沖擊性、操作簡單、不需要投加化學藥劑、增設投藥設備和易實現(xiàn)管理現(xiàn)代化等優(yōu)點，為高鹽度有機廢水處理提供了一條新途徑。關鍵詞 高鹽度有機廢水 電化學反應 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 ）,是利用電化學中的原電池理論建

5、立起來的一種新型的、頗為有效的廢水處理方法。近年來已有不少人對該法的原理和應用進行了研究13，據(jù)報道，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和有機廢水12等的處理；但用于處理紫膠合成樹脂生產(chǎn)過程中排放出的高鹽度有機廢水還未見報道，同時因該廢水中CL含量高達12300 mg/l左右,已大于5000 mg/l4會嚴重干擾COD的測定，使得用COD去除率來評價處理效果帶來困難，筆者用IEP內(nèi)電解法處理含復雜有機物的紫膠合成樹脂廢水，并用透光率和COD 校正方法進行測定5評價處理效果，取得了較為滿意的結果。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（陽極或稱負極）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，在原電池中為陽極，在陽極上Fe發(fā)生氧化作用： 陽極：Fe2e Fe2+ E0（Fe2+/ Fe）= -0.44V 陰極（C）上可能發(fā)生下列兩種反應：（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： 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，鐵的腐蝕和溶解會更快。 在溶液中Fe2+與OH-結合，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)電解反應器中增設嚗氣裝置是必要的。另外在IEP內(nèi)電解反應器中一般可產(chǎn)生3種效應，既內(nèi)電解氧化還原、電解絮凝和電解氣浮。按照電化學氧化還原理論，電解時陽極和陰極上的反應并不限于陰離子的析出陽極的溶解和陰極上的陽離子的的析出，任何能夠放出電子的氧化反應都能在陽極上進行，同樣任何能夠從陰極上取得電子的還原

8、反應都能在陰極上進行。對含復雜成分的廢水處理中其電極上和溶液中的反應更為復雜。近年來有機物的電解制備研究也很多9。因此對含有油份、色素和表面活性劑等多種有機物質(zhì)的廢水凈化中，可能有機物的電解質(zhì)溶液在IEP內(nèi)電解反應器中本身也會發(fā)生一系列的氧化還原反應，一些大分子帶電荷的有機物也參予了反應，形成新的產(chǎn)物，部分有機物被極化形成帶電荷陽離子和陰離子，在發(fā)生電解絮凝的同時也有吸附、凝絮、氣浮、電性中和、過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)電解過程中的陰極反應，有時也會部分出現(xiàn)于陽極反應9。由于內(nèi)電解過程沒有外加電源，與電解氣浮相比反應較為平緩，沒有大量的

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。另外當溶液中有氯化物存在時，在陽極上所生成的氯氣，有一部分溶解在溶液中發(fā)生次級反應而生成次氯酸鹽和氯酸鹽5，對溶液起漂白和滅菌殺藻作用。當極板發(fā)生鈍化，超電勢高于氯離子放電電位時，引起氯離子在陽極上放出電子，生成分子態(tài)氯： 陰極： 2CL2e CL2 （溶液反應）氯氣，有一部分溶解在溶液中發(fā)生次級反應而生成次氯酸鹽和氯酸鹽：2CL+ 3H2 O CLO+CLO2 +3H2 電解過程產(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)量與通過溶液的電流強度和通電時間成正比，也就是與通過溶液的庫侖

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電化學當量數(shù)（K = E/F）（g/C）;E析出物質(zhì)當量數(shù)（g/mol）;I電流強度（A）； t電解時間（S）。由于析出1克當量任何物質(zhì)都需要96500庫侖（C）當量，故電量為IPage: 4·t庫侖，電解過程產(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)同的結果。2 實驗部分：2.1實驗裝置IEP內(nèi)電解反應器用100×1500mm的有機玻璃柱制成，底部設進水口和不銹鋼絲網(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（化學純），分別按體積1：1充分攪和混均后裝入內(nèi)電解反應器中，先用2%的稀鹽酸進行活化，再用蒸餾水進行沖洗。實驗裝置如圖1所示。2.2實驗方法將廢水放入高位水箱，在攪拌的條件下流入IEP內(nèi)電解反應器；等水位到達規(guī)定的刻度時，停止進水，進行內(nèi)電解反應；一定時間后取樣測定透光率和COD值，透光率用721分光光度計測定；C

12、OD用重鉻酸鉀法測定（標準法）和COD 校正方法進行測定5。3實驗結果與討論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廢水進行電解處理實驗，結果見圖2。從實驗結果可以看出內(nèi)電解法反應進行的比較緩慢，對該廢水處理一般需要2天以上的時間。當用標準法（重鉻酸鉀法）測定時，由于CL的干擾，其結果重現(xiàn)不好，COD的去除率也不高，后用文獻介紹的高濃度含鹽廢水COD的測定方法進行校正，其結果重現(xiàn)性較好，對應透光率有較好的線形關系。 電解時間（h）圖3 CFe內(nèi)電解法處理效果3.2 PH值對處理效果的影響通過實驗觀察發(fā)現(xiàn)，當溶液的PH值較低時，反應較快所產(chǎn)生的氣泡數(shù)量明顯增多，在PH2時，產(chǎn)

13、生明顯的內(nèi)電解氣浮現(xiàn)象，但隨著反應的進行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)電解反應進行的越快，處理效果也較好，但當PH3以后，對處理效果影響不大，適宜的PH值控制在PH=3.54.5為好。圖2 PH值對電解效果的影響33 CFe內(nèi)電解法對高鹽度有機廢水的綜合處理效果：表2表明CFe內(nèi)電解法對處理高鹽度有機廢水有較好的效果，可使COD降低90%以上（校正法），同時對BOD，TP，TN均有較高的去除率，用該方法處理紫膠合成樹脂廢水經(jīng)過濾后出水指標能夠達到國家排放標準（GB89781996）。表2 電解凝絮法對紫膠合成樹脂

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）進水PH 3.8 電解時間48小時 2）COD以校正方法測定。4 結論通過實驗研究得出如下結論：a. 內(nèi)電解法對處理紫膠合成樹脂生產(chǎn)過程中排放出的高鹽度有機廢水，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，同時對BOD、TP、TN都有較高的去除率。b. 用內(nèi)電解法處理存在反應緩慢，停留時間較長的缺點，控制在進水較低的PH值可有效地縮短反應時間，但較低的PH值可能會增加處理成本。對該廢水處理適宜的PH3.54.5。c. 使用內(nèi)電解法對處理紫膠合成樹脂生產(chǎn)過程中排放出的高鹽度有機廢水具有如下優(yōu)點不需要外加電源、不需要投加化學藥劑，可節(jié)省電費、藥劑與投藥設備費用；投資和處理費用低，設備簡單，操作管理方便，簡單易行。原材料來源廣泛