張林生1，蔣嵐嵐1，肖璐寧1，錢(qián) 萍2?
(1.東南大學(xué)環(huán)境工程系，江蘇南京 210096；2.江蘇一環(huán)環(huán)保設(shè)計(jì)研究院，江蘇宜興 214262)

　　摘　要：提出了石墨電極電解氣浮脫色的處理工藝，研究了電導(dǎo)率、電解質(zhì)的投加量、電通量等電解條件對(duì)廢水處理效果的影響，確定了最佳的工藝條件及操作參數(shù)，研究結(jié)果表明，該法脫色效果好，操作適應(yīng)性強(qiáng)。
　　關(guān)鍵詞：染色廢水；石墨極板電解氣浮；脫色
　　中圖分類(lèi)號(hào)：X505
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)04-0075-03

　　染色廢水的色度高、可生化性差，用常規(guī)的方法處理則脫色效果較差，而活性炭吸附、臭氧或Fenton氧化法雖有較好的脫色效果，但處理費(fèi)用高。腐蝕性陽(yáng)極(Al、Fe)電解法處理染色廢水在工程上雖已有應(yīng)用，但其主導(dǎo)作用是電絮凝，因而其脫色率尚不令人滿(mǎn)意。因此，研究以不溶性電極材料——石墨為極板的電解氣浮工藝，尋找一種經(jīng)濟(jì)、合理、高效的染色廢水脫色方法就很有必要。采用石墨電極的主要優(yōu)點(diǎn)有：①電解時(shí)產(chǎn)生的新生態(tài)［O］、［Cl］等強(qiáng)氧化劑可以破壞染料分子的發(fā)色基團(tuán)，脫色效果好；②電流效率高，潛在處理能力大；③電極鈍化弱，超電壓低、耗電少；④電解時(shí)對(duì)廢水的pH值適用范圍寬；⑤電極不易腐蝕、操作條件好；⑥電極機(jī)械性能好、價(jià)格便宜。?

1 　試驗(yàn)裝置

　　試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。?

　　該裝置用有機(jī)玻璃制成，尺寸為160mm×700mm。電極為石墨電極，由6片(8cm×5cm×1cm)石墨板組成，板間距為7mm，安裝位置距池底為6mm。電極與導(dǎo)線連接處采用環(huán)氧樹(shù)脂膠密封以防其他副反應(yīng)發(fā)生。

2 　試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　試驗(yàn)廢水采用人工配水(將弱酸艷紅B、活性艷橙X—GN、直接棗紅GB和中性黑BL混合，其濃度為20mg/L，pH＝7.76，最大吸光波長(zhǎng)λ＝545nm)，其色度采用分光光度法(低濃度時(shí))及稀釋倍數(shù)法(高濃度時(shí))測(cè)定。?
2.1 電解質(zhì)投量與廢水電導(dǎo)率、脫色率的關(guān)系
　　電解質(zhì)的投加量與廢水電導(dǎo)率的關(guān)系見(jiàn)圖2。?

　　根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可求得電導(dǎo)率K與鹽濃度c的關(guān)系：?
?　　　　　　K＝K0+kc　　　　　(1)?
　　式中 ?K——廢水的電導(dǎo)率，mS/cm?
?　　　　 K₀——原水的電導(dǎo)率，mS/cm?
?　　　　 c——鹽(Na₂SO₄)濃度，g/L?
　　　　　?k——比例系數(shù)，1.293 mS·L/(g·cm)?
　　電解質(zhì)投加量與廢水脫色率的關(guān)系見(jiàn)圖3。(試驗(yàn)廢水同前，電解電流I＝5 A)

　　當(dāng)水中電解質(zhì)含量不足時(shí)，電解質(zhì)的加入會(huì)增大電導(dǎo)率，從而降低電耗，提高電解效率。但隨著投加量的增大，脫色率提高漸緩直至下降，過(guò)多的電解質(zhì)會(huì)抑制電極反應(yīng)。從圖3中還可看出，投加定量的電解質(zhì)，廢水脫色率隨時(shí)間的增加而增加，這一點(diǎn)與法拉第 定律相符合。?
2.2 電導(dǎo)率對(duì)電耗的影響
　　通過(guò)投加不同含量的電解質(zhì)(Na₂SO₄)來(lái)調(diào)節(jié)電導(dǎo)率以研究電流與電壓之間的關(guān)系，從而確定電導(dǎo)率與槽電壓及電耗之間的關(guān)系。電流、電壓用DT—8300型數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量，電導(dǎo)率用DDS—11A型指針式電導(dǎo)率儀測(cè)定，電極常數(shù)為1.02。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

　　理論上槽電壓?
?　　　　　V＝Ed+ηA-(-ηc)+IR₁+IR₂　　　　(2)?
　　式中 ?E_d——理論分解電壓?
?　　　　η_A——陽(yáng)極過(guò)電位?
　　　　　η_c——陰極過(guò)電位?
　　　　? IR₁——溶液壓降?
　　　　? IR₂——金屬導(dǎo)體壓降
　　上述各項(xiàng)中，除Ed外均為電流強(qiáng)度I的函數(shù)。過(guò)電位與電流強(qiáng)度近似直線關(guān)系，式(1)可表示為：V＝a+bI(a，b為常數(shù))。?
　　試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于任一電導(dǎo)率，電流與槽電壓均為線性關(guān)系。對(duì)電流和槽電壓作線性回歸分析得相關(guān)系數(shù)r均在0.996以上，a值均為2.37左右，則槽電壓可以寫(xiě)成：?
?　　　　V＝2.37+bI＝V₀+bI
　　再經(jīng)轉(zhuǎn)換可得槽電壓
?　　　　V＝V0+1／K·l／A·l ＝2.37+12.28·1／K?
　　式中 ?l/A——電導(dǎo)池常數(shù)，m^-1?
　　　　　　V₀——表觀分解電壓，V
　　　　　　I——電流強(qiáng)度，A
該電解氣浮池消耗功率可以寫(xiě)為：
?　　　　　N＝I·V＝I(V₀+1／K·l／A·I)＝I(2.37+12.28／K）I)　　　　(3)?
　　 由式(3)可知，電解氣浮池的消耗功率N為電流I的二次函數(shù)，并與電導(dǎo)率成反比關(guān)系。若增加電導(dǎo)率(即增加電解質(zhì)投加量)可降低電耗，但會(huì)增加藥耗。由于染料廢水含鹽量較高，電導(dǎo)率K通常可達(dá)4mS/cm以上，因此在采用電解氣浮法處理時(shí)一般無(wú)需投加電解質(zhì)。這也正是電解氣浮法處理染色廢水的優(yōu)勢(shì)。
2.3 電通量對(duì)脫色率的影響
　　試驗(yàn)廢水取自南京某印染廠，其色度為700倍。pH＝6.5、最大吸光波長(zhǎng)λ＝450nm。 電解電流分別取0.5、1、2、3、4、5A，每隔一定時(shí)間取樣一次，采用721分光光度計(jì)測(cè)吸 光度并計(jì)算出脫色率。電流與通電時(shí)間的乘積為電通量，可得電通量與脫色率的關(guān)系如圖5所示。

　　由圖5可知，在不同的電解電流下廢水的脫色率均與電通量成正比例關(guān)系。這說(shuō)明電解產(chǎn)生的中間粒子對(duì)染料分子的氧化作用可使廢水脫色。但隨著電流強(qiáng)度的加大和電解時(shí)間的增加，脫色率接近定值。當(dāng)廢水電導(dǎo)率為4mS/cm(工作電壓為5V，電流為1A)，通電40min，電通量2400C，水樣體積為8L時(shí)，廢水脫色率可達(dá)58.5%，此時(shí)能耗為0.4(kW·h)/m³。由圖5還可看出，同樣電通量時(shí)，高電流(相應(yīng)地時(shí)間短)的脫色率較差，這是由于多余的電通量?jī)H用于廢水增溫而對(duì)脫色無(wú)益。而在電通量一定時(shí)，低電流、長(zhǎng)時(shí)間可取得較高的脫色效率。

3 　結(jié)論

　　① 石墨電極電解氣浮法對(duì)染色廢水具有明顯的脫色效果，并可同時(shí)完成氣浮分離作用。某印染廢水(色度為700倍)在電通量為2 400C時(shí)的脫色率可達(dá)58.5%，此時(shí)電耗為0.4(kW·h)/m³。
　　② 電導(dǎo)率是影響槽電壓從而直接影響電解氣浮法電耗的重要參數(shù)。若廢水電導(dǎo)率增加，則電解氣浮電耗減少，從而可節(jié)省能量。
　　③ 電導(dǎo)率值可通過(guò)改變電解質(zhì)的投加量來(lái)加以調(diào)節(jié)，適宜的電解質(zhì)濃度可提高電導(dǎo)率，降低電耗；而過(guò)量的電解質(zhì)則會(huì)抑制電極反應(yīng)，降低脫色率。通常實(shí)際染色廢水含鹽量大，電導(dǎo)率可達(dá)4mS/cm以上。此時(shí)無(wú)需投加電解質(zhì)，這正是電解氣浮法具有工程應(yīng)用價(jià)值的重要條件。
　　④ 電解脫色率與電通量成正比。當(dāng)電通量大于極限電通量(脫色率接近定值時(shí)的電通量)時(shí)，脫色率不能提高。而電通量一定時(shí)，低電流、長(zhǎng)時(shí)間可獲得較好的脫色率。

參考文獻(xiàn)：

　　 ［1］張林生，B Dobias.染料廢水綜合混凝—電氣浮脫色處理［J］.給水排水，1 993，(6)：22-26.
［2］張林生，H Hahn.鉑電極電解氣浮的研究［J］.中國(guó)給水排水，1993，9(6)：4-9.
［3］Jurgen Manger,Linsheng Zhang,Hermann H Hahn.Liquid-solid separatio n by electra-flotation:an attractiva alternation to dissolved air-flotation［J］ .Chemical Water and Wastewater Treatment,1990,151-169.

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　　電　　話(huà)：(025)3614262?
　　收稿日期：2001-07-05