浅谈圆筒形电极电化学式对印染废水脱色

1前言

印染废水是水环境污染的重要来源之一,印染废水的脱色是废水处理的主要问题。用电化学法处理工业废水在国外已受到了广泛重视。与其它方法相比,该法具有如下优点:(1)电化学法产气量可由电流大小控制;(2)产生的气泡小而均匀,一般不大于20μｍ,是一种理想的浮选载体;(3)操作设备结构简单,体积小,便于自动控制[1]。

2试验部分

2.1试验原因

采用两个由薄铁板制成的圆筒形消耗性电极。在电极之间加上适宜的直流电压后,将电极置入需脱色的染料溶液内,电解槽内发生电化学反应。阳极板发生氧化反应,Ｆｅ失去2个电子变成二价铁离子溶解进入电解液中;阴极板发生还原反应,水电解生成的氢离子得到2个电子变成氢气;电解液中的2价铁离子与水离解成的氢氧根离子生成大量氢氧化亚铁。其大比表面积和高活性决定了它具有极强的吸附性,吸附废水中的染料,达到废水脱色的目的;电解液内另一部分氢氧根离子向阳极移动,并在阳极放电,生成新生态氧,它也是一种很好的脱色剂[2]。电解槽内发生的化学反应如下:

Ｆｅ(ＯＨ)2吸附染料后生成的絮凝剂颗粒比较小,难以实现固液分离。为此,试验中加入有机高分子助凝剂。在其吸附、架桥作用下,Ｆｅ(ＯＨ)2颗粒凝聚成大的絮凝体,在氢气的浮升中,被气浮至水面。

电解槽内还发生电化学氧化还原反应,使染料氧化降解或还原降解,达到脱色目的。

上述过程发生在由内筒搅拌器形成的强制导流的液体内。由此,形成电解液对电极表面的强烈冲刷,使电极表面上电解液层能快速更新。

2.2试验装置

主要试验装置和测试仪器包括:ＤＨ1716稳压直流电源;ＸＥＰＤ转速仪;Ｃａｒｙ500ＵＶＶＩＳＮＩＲ分光光度计ＶＡＲＩＡＮ(美国ＶＡＲＩＡＮ公司)。试验装置如图1所示。

选用3000ｍＬ的玻璃烧杯作为电解槽,筒形电极用1ｍｍ厚的铁板制成,将阳极板、阴极板分别与直流电源正、负输出连接。

染整助剂

2.3试验装置参数确定及模拟试样脱色试验

2.3.1最佳极板间距

固定阴极板(内筒)直径,改变阳极板直径调整极板间距,测定不同极板间距时的脱色效果。

试验选用直接大红染料,配制200ｍｇ/ｋｇ(ｐｐｍ)的溶液试样6组,分别加入少量食盐,调整ｐＨ=9,电流为2Ａ,搅拌转速80ｒ/ｍｉｎ,电解5ｍｉｎ,测定溶液脱色前后的吸光度,计算脱色率。图2给出了不同极板间距时,溶液的脱色率。在本试验条件下,最佳极板间距在17ｍｍ附近。

2.3.2溶液的ｐＨ值

染料溶液的ｐＨ值不同,电解脱色率也不同。配制2000ｍＬ、200ｍｇ/ｋｇ直接大红染料溶液试样6组,各投入3ｇ食盐,测定溶液在不同ｐＨ值下的电解脱色率,结果如图3所示。

由图3可以看出,在ｐＨ值为8～10时,溶液脱色率在96%以上。最适宜ｐＨ值为8～9。

2.3.3助凝剂的选择及投放量

助凝剂有无机和高分子等类型。高分子助凝剂是具有长链状分子结构的水溶性高分子,结合能力很强;与无机助凝剂相比,其凝絮大,有强度,易于处理;而无机助凝剂对ｐＨ值有高度依赖性,高分子助凝剂的作用则比较稳定。高分子助凝剂的用量仅为被处理水的1～10ｍｇ/ｋｇ就可充分发挥作用,絮凝脱水后残渣量少。本试验选用聚丙烯酰胺为助凝剂。

配制2000ｍＬ、200ｍｇ/ｋｇ直接大红染料溶液试样4组,调整其ｐＨ=9,电流为2Ａ,各加入3ｇ食盐,搅拌转速80ｒ/ｍｉｎ。反应1ｍｉｎ后,分别向4组试样加入不同数量的助凝剂,继续反应4ｍｉｎ,试验结果如图4所示。

染整助剂

由图4可见,投染整助剂入助凝剂量不同,染料溶液的脱色率也不同,投入量为0.025ｇ时,试样的脱色率已在97%以上。因此,该值为适宜投放量。

2.3.4搅拌转速的确定

确定搅拌转速。配制2000ｍＬ、200ｍｇ/ｋｇ直接大红染料试样5组,各加入食盐3ｇ,聚丙烯酰胺0.025ｇ,调整ｐＨ=9,电流为2Ａ,每组试样选用一种电机转速,反应5ｍｉｎ后,测定各试样的脱色率。试验结果如图5所示。

2.3.5电解电流

由试验确定适宜的电解电流。配制2000ｍＬ、200ｍｇ/ｋｇ直接大红染料溶液试样4组,分别加入食盐3ｇ,调整ｐＨ=9,加入聚丙烯酰胺助凝剂0.025ｇ,搅拌转速80ｒ/ｍｉｎ,调整各组试验的电解电流,电解5ｍｉｎ后,测定不同试样的脱色率,结果见表。

由表1可见,随着电流的增加,脱色率增大,为使脱色率超过90%,电解电流应选定为2Ａ。

2.3.6阳极板的钝化及消除

阳极板在电流作用下被溶解生成二价铁离子,同时也存在着阳极板被电化学氧化(钝化)的过程。此时阳极表面会生成高价铁氧化膜,阻止铁的溶解,使废水脱色所需时间延长,电耗增加。

消除钝化的方法有机械法,即用铁刷子除膜,但劳动强度大。目前大多采用低电流电压及极板交换接点法。电极接电互换后,在电解时,由于阴极板上(已钝化的阳极)的Ｈ+还原成氢气,在氢气逸出过程中,将钝化膜撕成块状而脱落。

2.4印染废水的试验结果

由于印染废水(取自长春华宇染整厂)组分复杂,一般至少由三种以上染料混合而成。废水试样脱色试验的方法、所用设备与药剂与前模拟试验相同。由于废水中的杂质是电解质,在电场作用下产生电解,所以脱色率更高,脱色速度更快。选用前述试验的最佳参数,电解5ｍｉｎ后,用Ｃａｒｙ500ＵＶＶＩＳＮ染整助剂ＩＲ分光光度计ＶＡＲＩＡＮ进行检测(如图6所示),试样的脱色率达99%以上。

3结论

3.1本法用于染料溶液导流电凝聚脱色,其脱色率均在96%以上(大多数在99%或以上)。用于处理某印染厂染色废水,其脱色率也可达99%以上。本法处理水溶液的最佳ｐＨ值在7～9之间,因此处理后排放水达到国家允许的排放标准。

3.2本法装置结构简单、体积小,电耗也小,便于操作和实际应用。

3.3本法处理含杂质印染废水,脱色速度更快。

3.4本试验使用小型装置,对工业大型设备尚需解决尺寸放大等问题。