李大鵬
?(北京航空航天大學(xué)環(huán)境工程系，北京　100083)

　　摘　要： 采用電化學(xué)氧化法處理某毛紡廠的染缸廢水，選擇鈦涂釕網(wǎng)作為催化陽極對(duì)電化學(xué)氧化過程中廢水水質(zhì)的變化及其對(duì)電化學(xué)氧化效能的影響等進(jìn)行了試驗(yàn)，分析和探討了印染廢水電化學(xué)氧化的過程和特性。
　　關(guān)鍵詞：電化學(xué)氧化；印染廢水；鈦涂釕陽極?
　　中圖分類號(hào)：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)05-0006-04

Process and Characteristics of Electrochemical Oxidation for Treatment of Dyeing Wastewater?
LI Da?peng?
(Dept of Environmental Engineering,Beijing University of Aeronautics and A stronautics,?Beijing 100083,China)

　　Abstract：The electrochemical oxidation process was adopted for treatment of dye vat waste water in a woolen mill.A test was made by using titanium-ruthenium anode to exam ine the variation of wastewater quality in the treatment process and its effect on the process efficiency.Furthermore,the electrochemical oxidation process and characteristics were discussed for dyeing wastewater.?
　　Keywords:electrochemical oxidation; dyeing wastewater; titanium-ruthenium anode

　　電化學(xué)氧化是通過陽極(一般是惰性陽極)反應(yīng)生成的氧化基團(tuán)降解水中的有機(jī)物。由于該技術(shù)能有效地破壞難生物降解有機(jī)物的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使污染物徹底降解，因此已成為現(xiàn)代高級(jí)氧化技術(shù)(Advanced Oxidation Processes)研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。印染廢水水質(zhì)復(fù)雜多變、色度高且含有大量難生物降解的有機(jī)污染物(染料、漿料和助劑)，因此其電化學(xué)氧化過程十分復(fù)雜，電化學(xué)氧化的反應(yīng)機(jī)理也會(huì)有所不同，且廢水的水質(zhì)、工況控制條件(電壓、時(shí)間等)及反應(yīng)器構(gòu)造都直接影響著電化學(xué)氧化的效能。?

1　 試驗(yàn)裝置與方法

　　 試驗(yàn)裝置如圖1所示。

　　 將印染廢水加入電氧化槽，插入電極后接通電源，在一定的控制條件下完成電化學(xué)氧化過程 ，記錄反應(yīng)過程中主要參數(shù)的變化，對(duì)反應(yīng)后水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測定以確定電化學(xué)氧化的效能；通過監(jiān)測不同電化學(xué)氧化時(shí)間條件下處理前后廢水水質(zhì)的變化，進(jìn)而分析電化學(xué)氧化的過程；改變廢水水質(zhì)等條件，確定影響電化學(xué)氧化過程和效能的主要水質(zhì)影響因素，分析電化學(xué)氧化反應(yīng)過程的特性與機(jī)制。
　　試驗(yàn)用水取自北京市清河毛紡廠染缸廢水，其主要成分及水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1　試驗(yàn)水樣主要成分及水質(zhì)指標(biāo) 主要成分 含量(g/L) 主要水質(zhì)指標(biāo) 宜和侖紅P 0.30 COD為3729.6mg/L 宜和侖黃 0.37 宜和侖蘭PA 0.28 色度為800倍 甲酸 2.11 元明粉 2.54 TOC為1707mg/L 阿白格FFA 0.21 阿白格PLUS 1.27 pH為3.53，濁度為34.8NTU 防蛀劑 0.21

　　 水質(zhì)分析方法如下：①色度測定采用稀釋倍數(shù)法和分光光度比色法；②COD測定采用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)法；③TOC測定采用TOC測定儀；④pH值測定采用pH計(jì)；⑤濁度測定采用數(shù)字光電濁度儀。?

2 　結(jié)果與討論

2.1　 脫色效果及pH值的變化
　　 電化學(xué)氧化過程中廢水的pH值和脫色率隨氧化時(shí)間的變化分別見圖2、3。

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，①廢水的pH值隨氧化時(shí)間的增加而逐漸升高，開始上升幅度平緩，12min后上升幅度突增，廢水由酸性變?yōu)閴A性。可見電化學(xué)氧化過程中陰極不斷產(chǎn)生和釋放氫氣，而在陽極主要是Cl-、SO₄^2-被氧化，使廢水的pH值不斷上升。②廢水脫色率隨氧 化時(shí)間的增加而顯著提高，8min后其增幅變緩，12min時(shí)脫色率最大(94.8%)，繼續(xù)增加氧化時(shí)間脫色率反而下降。這是由于電化學(xué)氧化過程中染料分子不斷地被氧化降解成新的化合物(使色度降低)，在長時(shí)間的作用下隨著新生化合物量的增加，它們又重新合成染料物質(zhì)，從而使色度增加；另外，電化學(xué)氧化后期由于pH值增大，水中某些金屬離子等發(fā)生電沉積 使?jié)岫壬咭彩窃斐缮仍龈叩脑颉?br> 2.2 　pH值對(duì)電化學(xué)氧化效能的影響
　　 原水pH值為3.74，通過加入HCl和NaOH以考察不同pH值條件下的電化學(xué)氧化效能、電化學(xué)氧化前后廢水pH值的變化以及pH值對(duì)電化學(xué)氧化效能的影響。脫色率與氧化時(shí)間的關(guān)系見圖4，脫色率與廢水pH值的關(guān)系見圖5，電化學(xué)氧化前后pH值變化及對(duì)比見圖6。

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，①pH值對(duì)電化學(xué)氧化的脫色效能有一定的影響。廢水pH值升高，脫色率降低；廢水pH值降低，脫色率升高，其影響程度在酸性和堿性條件下有所不同。向廢水中加入HCl后脫色率提高，且隨著HCl加入量的增加，脫色率提高幅度相對(duì)較大，如當(dāng)pH=1時(shí)脫色率可高達(dá)99.9%(比原廢水提高5.8%)。向廢水中加入NaOH后脫色率有所降低，在堿性條件下(pH＞8)隨著NaOH加入量的增加，脫色率降低的幅度逐漸趨于平緩，當(dāng)pH=12時(shí)脫色率降為89.5% (比原廢水降低4.6%)。②向廢水中加入HCl或NaOH后的電化學(xué)氧化效能和過程有所不同。加入HCl后(pH=2)脫色率開始較低，中期上升幅度較大，t=6min時(shí)超過原廢水，t=8min后脫色率上升趨于平緩。加入NaOH后(pH=6)脫色率開始較高，上升幅度較大，中期上升幅度減小，t=6min后脫色率上升趨于平緩，t=8min時(shí)與原水持平。③降低廢水pH值，在相同條件下可相應(yīng)縮短氧化時(shí)間。④在酸性和弱堿性條件下，電化學(xué)氧化后廢水的pH值較反應(yīng)前升高2個(gè)單位；而在強(qiáng)堿性條件下則較反應(yīng)前降低。這說明在酸性和弱堿性條件下主要的電極反應(yīng)是陰極H+被還原而陽極Cl-、SO^42-被氧化，使廢水的pH值升高；在強(qiáng)堿性條件下主要的電極反應(yīng)是陰極金屬離子和H+被還原而陽極OH-被氧化，使廢水的pH值降低。
2.3 　水溫對(duì)電化學(xué)氧化效能的影響
　　不同水溫條件下脫色率與氧化時(shí)間的關(guān)系見圖7，脫色率與水溫的關(guān)系見圖8。

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，水溫對(duì)電化學(xué)氧化過程和效能有一定的影響。水溫升高，脫色率略有上升；但水溫＞50℃時(shí)脫色率卻大幅降低。這可能是由于水溫影響著氧化劑在水中的形態(tài)和穩(wěn)定性所致。?
2.4　 電解質(zhì)對(duì)電化學(xué)氧化效能的影響
　　在投加不同種類的電解質(zhì)條件下脫色率與氧化時(shí)間的關(guān)系及對(duì)比見圖9。

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，增加廢水中Cl-的濃度時(shí)電化學(xué)氧化的脫色效能提高且反應(yīng)過程加快，氧化時(shí)間縮短，NaCl的效果略好于HCl。

3 結(jié)論

　　 ①廢水的pH值、水溫、電解質(zhì)種類和濃度是電化學(xué)氧化的主要水質(zhì)影響因素，它們對(duì)脫色效能有不同程度的影響。其中，pH值和電解質(zhì)的影響較大，而水溫的影響相對(duì)較小。若降低廢水的pH值或增加電解質(zhì)(尤其是Cl-)的濃度，電化學(xué)氧化的效能會(huì)大大提高，反應(yīng)過程也相應(yīng)加快，氧化時(shí)間縮短；水溫＞50℃時(shí)則不利于電化學(xué)氧化的進(jìn)行。
　　②在電化學(xué)氧化過程中既有氧化也有還原和電化學(xué)合成等反應(yīng)，廢水的成分和特征不斷發(fā)生變化(如污染物濃度降低、pH值升高等)，同時(shí)這些變化反過來也會(huì)影響電化學(xué)氧化的效能和過程，使污染物的去除率降低。?
　　③印染廢水中通常含有Cl-和SO₄^2-離子，其電化學(xué)氧化過程實(shí)際上就是Cl-、SO₄^2-和OH-在陽極被氧化成強(qiáng)氧化劑OCl-、Cl₂、過硫酸鹽和［O］，進(jìn)而氧化降解水中有機(jī)物的過程，但在不同的水質(zhì)條件下其反應(yīng)過程有所不同。在酸性和弱堿性條件下，主要的電極反應(yīng)是陰極H+被還原而陽極Cl-、SO₄^2-被氧化，使廢水的pH值升高；但在強(qiáng)堿性條件下，主要的電極反應(yīng)是陰極金屬離子和H+被還原而陽極OH-被氧化，使廢水的pH值降低。一般在酸性和弱堿性條件下的電化學(xué)氧化效能較強(qiáng)堿性水質(zhì)條件下要高。

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　　作者簡介：李大鵬(1965-)， 男，黑龍江哈爾濱人， 北京 航空航天大學(xué)副教授，主要從事環(huán)境工程和水處理研究工作
　　電　　話：(010)62327142?
　　E-mail:ruip@rose.nsfc.gov.cn
　　收稿日期：2001-09-20