范麗，楊衛身，楊鳳林，張興文?
(大連理工大學環境科學與工程學院，遼寧大連溝通116012)

　　摘　要： 采用復極填充床電解槽處理模擬偶氮染料廢水，考察了填料層數、槽電壓、流量、染料濃度、無機鹽種類與濃度及溶液pH值等因素對脫色負荷與電耗的影響，并通過分析原水和出水的紫外—可見吸收譜圖監測電解反應對染料發色共軛體系的破壞情況。
　　關鍵詞：復極填充床電解槽;偶氮染料;電解;脫色
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：C
　　文章編號： 1000-4602(2002)04-0034-03

　　復極填充床電解槽(bipolar packed bed cell,簡稱BPBC)是Fleischmann M等于1973年開發的。BPBC具有很大的比電極面積(比電極表面積是傳統二維電解槽的幾十倍甚至上百倍),使電解效率大大提高。周定等在國內首次把BPBC應用于染料溶液的脫色研究，將活性炭和其他物料按一定比例混合組成填料。楊衛身等采用顆粒活性炭(GAC)和砂粒組成混合填料，由于砂粒(或其他物料)占據了反應器的大部分體積，使有效體積減小、電解效率降低。本研究采用夾心餅式(Sandwich)BPBC，以石墨顆粒作填料并用絕緣網隔開，使導電顆粒占據反應器的大部分體積，擴大了電極的表面積。試驗以偶氮染料活性艷紅X-3B為研究對象，以脫色負荷和電耗為主要指標來評價該反應器的工作性能。

1　試驗部分

1.1　裝置
　　試驗裝置流程如圖1所示。

　　反應器上下兩端各裝一塊開孔石墨板，用作饋電電極，其表面積約為1.0dm²。饋電電極之間逐層填充石墨顆粒，各填料層之間用尼龍網隔開。當反應器中填料層數為30時，填料高度為21cm，體積為2.1L。

1.2　廢水的配制
　　稱取一定量的偶氮染料活性艷紅X-3B，用自來水配成質量濃度為200mg/L的溶液。
1.3　試驗方法
　　通過6組單因素試驗，即逐一改變填料層數、槽電壓、流量、染料濃度、無機鹽種類及濃度和溶液pH值，考察多種電解條件和水力條件對運行性能的影響。試驗以脫色負荷和電耗為主要評價指標。運行方式為一次通過式，運行時間為3h。?
1.4　測試方法
　　用島津UV-3100紫外—可見—近紅外分光光度計測定染料溶液電解前后水樣的紫外—可見吸收光譜。用721型分光光度計測定染料溶液電解前后的吸光度。

2　結果與討論

2.1　填料層數
　　保持電壓梯度為5V/cm，考察填料層數分別為6、12、18、24、30時電解槽的運行情況，試驗結果如圖2所示。
　　由圖2可見，隨填料層數增加脫色負荷降低、電耗增大，不過隨著填料層數的增加出水顏色更淺、脫色效果提高，這是因為染料溶液經過了更多級的電解處理而使出水色度減小。故在一定范圍內增加填料層數對脫色是有利的，但考慮到電耗情況，填料層數確定為30層。

2.2　槽電壓
　　分別在25、50、75、100、125、150 V的槽電壓下進行電解試驗，試驗結果如圖3所示。

　　由圖3可見，脫色負荷隨槽電壓的增大而增加，這是由于槽電壓增大使被復極化的石墨顆粒增多，有效電極面積增大則使脫色負荷變大；但電壓過高會促進副反應發生使電耗增加，且槽電壓達到100V以后脫色負荷基本不變而電耗顯著增大，因此槽電壓宜控制在100V。
2.3 進水流量
　　分別在1.1、1.4、2.2、3.0、4.0、5.0 L/h進水流量下進行試驗以考察流量對脫色負荷和電耗的影響，試驗結果如圖4所示。

　　由圖4可見，隨進水流量提高而脫色負荷增大、電耗降低。不過，當流量提高時因溶液在反應器中的停留時間變短會導致脫色效果降低；同時低流量時的電耗較高，故試驗流量宜控制在2. 2L/h。
2.4　進水濃度
　　設定槽電壓為100V、流量為2.2L/h、填料為30層，改變染料濃度時的運行結果見圖5。

　　由圖5可知，隨進水染料溶液濃度的提高脫色負荷及電耗均增大，這是由于流量一定時提高染料濃度使傳質速度加快，促進了電解反應的進行。
2.5　加入無機鹽
　　染料溶液中加入一定量的Na₂SO₄或NaCl，分別考察不同無機鹽種類及濃度對脫色負荷和電耗的影響，試驗結果見圖6。可以看出加入Na₂SO₄或NaCl時，電耗顯著增大 而脫色負荷變化不大。加入Na₂SO₄時出水中因夾雜有懸浮顆粒而顯出黑色調，而且Na₂SO₄濃度越高顏色越深，這可能是由 于Na₂SO₄本身是惰性電解質，加入后僅使電導率增加，促進水放電而使電極上的碳粉脫落。

　　加入NaCl時出水有刺激性氣味且稍帶綠色，脫色負荷有所提高，這可能是因為Cl^-在陽極放電生成Cl₂，參與了脫色反應，促進了電解反應的進行。
　　從總體上說加入無機鹽對電解反應不利。
2.6 pH值
　　用H₂SO₄或NaOH調節溶液的pH值，在不同酸堿條件下進行電解試驗的運行結果見圖7。可以看出，進水pH值對脫色負荷基本沒有影響，然而加酸或堿調節溶液pH值也同時改變了電導率。電導率增大，水放電反應加劇，導致電耗增大。

2.7　紫外—可見吸收光譜分析
　　為進一步研究電解反應對染料發色共軛體系的破壞情況，對原水和不同條件下出水進行紫外—可見吸收光譜測定。分析表明染料分子中的發色共軛體系被破壞，而且隨著填料層數的增加、槽電壓的增大其破壞程度增大，當進水染料濃度較低時，染料發色共軛體系的破壞程度較為徹底。

3　結語

　　①水樣的紫外—可見吸收圖譜表明電解脫色的實質是染料分子中的發色基團被破壞而使出水染料溶液在可見光區的吸收值降低。
?　②在一定范圍內增大槽電壓、提高進水流量及染料濃度時，反應器的脫色負荷均增大，考慮到電耗的實際情況，應將槽電壓、流量及濃度等參數控制在一定值。
　　③不同種類、不同濃度的無機鹽對脫色負荷的影響不同，從總體上說，無機鹽的加入對電解反應不利。改變pH值時脫色負荷基本不變，而電耗變化明顯。

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　　收稿日期：2001-09-15