三维电极处理印染废水试验分析.doc
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三维电极处理印染废水试验分析
[摘要]采用三维电化学体系处理实际印染废水,以电极电压、反应时间、初始ph、极板间距、曝气量以及电解质浓度为单因素水平,研究了cod和氨氮的去除效果。
结果表明,在电极电压为6v,反应时间为80min,初始ph为原水ph,极板间距为3cm,曝气量为10l/min时,电解质浓度为1g/l时,cod去除率达到70%左右,氨氮去除率达到85%左右,处理效果较好,可作为实际应用中的依据。
[关键词]三维电化学;印染废水;cod去除率;氨氮去除率
近年来,国内外每年都会有大量的印染废水产生,由于其色度高、有机物组分复杂、有毒害等特点,常规的生物处理工艺难以达到要求,需要以高级氧化法进行预处理。
基于羟基自由基(•oh)的高级氧化法是一种有效的方法,利用•oh的强氧化性和无选择性使印染废水中有机物得以去除[1]。
三维电化学作为高级氧化技术的一种,具有催化效率稳定、操作简单及电流效率高等优点,并且能高效地降解废水中的有机污染物。
其原理是在反应体系中,三维电极极板发生直接氧化和间接氧化,产生强氧化性的•oh、hc1o等活性物质,这些活性物质可以与废水中的有机物发生氧化反应,将大分子有机物降解为小分子物质,或者将其直接转化成无污染的co2和h2o,从而废水中难降解的大分子有机物得到有效降解[2-3]。
本实验采用石墨毡电极为阴极,钛板为阳极,以实际印染废水为研究对象开展三维电化学降解实验研究。
探究电极电压、反应时间、初始ph、极板间距、曝气量以及电解质浓度六个单因素对三维电化学处理废水过程中cod、氨氮去除率的影响。
1材料与方法
1.1实验材料。
聚丙烯腈基石墨毡(3mm,北京晶龙特碳科技有限公司),和丙酮化学试剂均为分析纯,实验用水皆为去离子水。
实验所用水样为荆州市某印染废水处理厂调节池水,水质为:
codcr800~1300mg/l;氨氮32~55mg/l;ph6.0~7.0;电导率2200~2540us/cm;色度400~600倍。
1.2实验装置与方法。
实验装置主要由反应器、阴阳两主电极极板、粒子电极、空气泵和直流电源等部分组成。
其中钛板为阳极板,石墨毡电极为阴极板,阴阳极板尺寸均为21.0cm×14.0cm。
活性炭为粒子电极放置在两主电极之间,进行三维电化学实验。
向实验装置中加入1.2l的印染废水,使用气体流量计调节增氧泵的流量,打开电源,开始反应并计时。
定时取样,沉淀后取其上清液并测定cod和氨氮。
反应结束后,极板用弱酸溶液浸泡清洗,并用蒸馏水反复冲洗。
1.3分析方法。
cod的测定采用快速消解分光光度法(hj/t399-2021);氨氮的测定采用纳氏试剂分光光度法(hj535-2021)[4]。
2结果与分析
2.1电极电压、反应时间对处理效果的影响。
研究电极电压对三维电极电催化氧化印染废水的影响,极板间的电压分别为取3v,6v,9v,12v,15v,考察在反应时间为120min的过程中cod和氨氮去除率的变化。
其他反应条件为:
初始ph为6.25(印染废水原水ph),曝气量为4l/min,极板间距为9cm,每20min取样测定一次,结果如图1所示。
由图1可见,电极电压为3v,反应时间为120min时,cod和氨氮的去除率分别为61.06%和65.42%,去除水平相对较低。
随着电极电压增大到6v,cod和氨氮的去除率分别为78.45%和93.17%,均达到最高水平。
但随着电极电压继续地增加,cod和氨氮去除率都明显下降。
这是由于反应体系中的析氢和析氧等副反应越加剧烈,电极表面生成并覆盖大量气泡,大大地降低了有机污染物与电极表面活性位点的接触机会,影响了电极反应的进行,遏制了有机污染物的降解[5]。
因此,最佳电压为6v。
反应时间从20min到80min时,cod去除率提高了10%~16%,氨氮去除率提高了2%~20%,从80min到120min,两者的增幅都比较缓慢,过长地延伸反应时间,对反应体系益处不大,反而消耗电能,所以最佳反应时间为80min。
2.2初始ph对处理效果的影响。
研究初始ph对处理效果的影响,其他反应条件为:
反应时间80min,电极电压6v,曝气量4l/min,极板间距9cm,初始ph分别取3、5、6.25(印染废水原水ph)、7、9、11,考察cod和氨氮去除率的变化情况,结果如图2所示。
fig.2effectofinitialphontreatmenteffect初始ph是三维电化学处理中的一个重要运行参数,选取合适的初始ph,可以有效的提高该工艺的处理效率。
从图2可以看出,初始ph在3~11的范围内,cod去除率介于47.9%到72.74%之间,氨氮去除率介于77.33%到90.17%之间。
初始ph为6.25时,cod去除率和氨氮去除率最高,随着溶液酸性碱性的增加,两者去除率都有所下降。
因此,处理印染废水的最佳初始ph为6.25。
2.3极板间距对处理效果的影响。
研究极板间距对处理效果的影响,其他的反应条件为:
反应时间80min,电极电压6v,曝气量4l/min,初始ph为6.25,极板间距分别取2cm,3cm,5cm,7cm,9cm,考察cod和氨氮去除率的变化情况,结果如图3所示。
电化学过程的传质主要表现为电迁移传质和扩散传质,而传质速率与极板间距的大小有着密切的关系。
从图3中可以看出,随着极板间距的增加,cod去除率先增加而后持续下降,在极板间距为3cm时,cod去除率最大为71.19%;氨氮去除率在极板间距为3cm时,达到去除率为84.47%,去除率的变化与极板间距之间没有规律性。
因此,极板的最佳间距为3cm。
2.4曝气量对处理效果的影响。
研究曝气量对处理效果的影响,其他反应条件为:
反应时间80min,电极电压6v,初始ph为6.25,极板间距3cm,曝气量分别取2l/min,4l/min,6l/min,8l/min,10l/min,12l/min,考察cod和氨氮去除率的变化情况,结果如图4所示。
从图4可以看出,当曝气量从2l/min增大到10l/min范围内,cod去除率和氨氮去除率呈现上升的趋势,当曝气量超过10l/min后,两者的去除率明显下降。
这是因为曝气量过大时,反应器内的废水会因曝气而剧烈搅动,致使废水中的污染物与主极板的接触时间过短,氧化作用不能够彻底,并且反应过程中产生的•oh等强氧化物质的存活时间极短,可直接导致•oh等活性物质,还未与废水中的有机污染物接触反应完全,就已猝灭[6]。
因此,最佳曝气量为10l/min。
2.5电解质浓度对处理效果的影响。
研究电解质浓度对处理效果的影响,其他反应条件为:
反应时间80min,电极电压6v,初始ph为6.25,极板间距3cm,曝气量为10l/min,电解质(na2so4)浓度分别取0.1g/l,0.25g/l,0.5g/l,1g/l,
1.5g/l,2g/l,考察cod去除率和氨氮去除率的变化情况,结果如图5所示。
从图5中可以看出,随着电解质浓度的增加,cod去除率也随之增大。
当电解质浓度0.1g/l增大到1.0g/l时,cod去除率由54.98%增加到67.71%,提高了12.73%,之后,升高幅度较小。
对于氨氮去除率,随着电解质浓度的增大,去除率逐渐增加,当电解质浓度为1g/l时,氨氮去除率提高了14.92%,达到最大值83.03%,超过该值后,去除率随着电解质浓度的增加而减小。
改变电解质浓度,cod和氨氮的去除率都呈现上升的趋势,这是因为电解质的添加,提高了反应体系的电导率,进而影响了反应电流的大小,从而提高了废水的去除率。
然而电解质过高,会带来大量的阴阳离子,不利于氨氮的去除。
因此,最佳电解质浓度为1.0g/l。
3结论
采用石墨毡催化电极为阴极,钛板为阳极,活性炭为粒子电极进行三维电化学降解印染废水实验研究,结果表明,在电极电压为6v,反应时间为80min,初始ph为原水ph,极板间距为3cm,曝气量为10l/min时,电解质浓度为1g/l时,cod去除率处于70%左右,氨氮去除率达到85%左右,处理效果较好,可作为实际应用中的依据。
参考文献
[1]王燕,孙梅香,刘松,等.响应面法优化光电-fenton氧化处理印染废水[j].工业水处理,2021,039(003):
17-21.
[2]张显峰,王德军,赵朝成,等.三维电极电催化氧化法处理废水的研究进展[j].化工环保,2021,36(3):
250-255.
[3]段少芳,刘松,江博.转子搅拌型三维电化学降解效能研究[j].广东化工,2021(17).
[4]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[m].北京:
中国环境科学出版社,2021:
91-281.
[5]张大全,高立新,杨文莲.电化学法对印染废水cod_(cr)的处理效果研究[j].工业水处理,2021(02):
52-55.
[6]李亚峰,张策,单连斌,等.三维电极电fenton法对苯酚废水处理效果的试验研究[j/ol].环境工程:
1-11[2021-07-02].
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