周 婷，李 磊

(1 江蘇省連云港市灌南縣城東污水處理廠，江蘇 連云港 222500;2 南京工業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 211816)

1 引言

隨著我國工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)廢水的排放量日益增加，其中較大一部分是高鹽分廢水，該廢水對生態(tài)環(huán)境有諸多危害，會影響廢水后續(xù)生物處理的效果。目前工業(yè)上主要處理方法是利用高效耐鹽菌處理或加水稀釋排放，這樣既浪費了大量的水資源，又不能從總量上控制排入環(huán)境中的鹽量，所以高鹽分廢水的處理已成為國內(nèi)環(huán)保業(yè)急需解決的難題。

電化學(xué)技術(shù)在處理電鍍、印染、食品、造紙、制革及生活污水的處理中應(yīng)用日益廣泛，本課題組在調(diào)研大量文獻的基礎(chǔ)上，了解到目前國內(nèi)外鮮有電化學(xué)用于脫鹽并資源化的報道，本課題以資源化為目的，通過電解法處理高鹽度廢水中的氯離子，并探討了電化學(xué)法處理高鹽度廢水的處理效果及作用機理和發(fā)展前景，并考慮其處理成本，本課題有較強的應(yīng)用前景和理論價值。

2 電解原理

電解法是指應(yīng)用電解的基本原理，使廢水中有害物質(zhì)通過電解過程在陽－陰兩極上分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化成為無害物質(zhì)，以實現(xiàn)廢水凈化的目的。

本實驗使用的陽極材料為石墨，陰極材料為不銹鋼。兩電極主要電極反應(yīng)如下:

陽極主反應(yīng):

副反應(yīng):

3 材料與方法

3.1 實驗藥品、裝置及材料

實驗藥品為氯化鈉(AR)，實驗儀器選用自制電解裝置(圖1)。

圖1 電化學(xué)實驗裝置

實驗材料為陽極為石墨電極，尺寸為:100mm×31mm×6mm;陰極為不銹鋼板(兩塊電極表面積相等)，尺寸為:100mm ×31mm ×1mm;干電池(1.5V/節(jié))。

3.2 實驗方法

影響電解過程的因素有電極材料、極板距離、槽電壓、電解時間、電流密度、pH值、攪拌作用等。通過實驗研究作者選取了3個對處理過程的影響較大的主要因素，包括極板距離、pH值、槽電壓。(高含鹽廢水為10000mg/L的NaCl模擬廢水)。正交表見表1。

表1 L9(33)正交表

3.3 分析方法

水質(zhì)氯化物的測定—硝酸銀滴定法(GB11896－89)。

4 結(jié)果與討論

4.1 正交實驗

實驗結(jié)果見表2(電解時間采用30min，極板面積為2000mm2)。

表2 實驗結(jié)果

電源電壓的極差最大，該因素為最大影響因素，其次為極板距離，最小的是pH值，最優(yōu)條件為根據(jù)K值得判斷，試驗指標(biāo)越小結(jié)果越好，因此取K值得相對最小水平作為每個因素的最優(yōu)水平，即極板距離取15mm、pH值為5、電源電壓取13.5V，此條件即為理論上的最佳組合。

而實際實驗得出的最佳組合為極板距離10mm、pH取9、電源電壓取13.5V。這說明正交實驗也有它的局限性。

4.2 單因素實驗分析

4.2.1 電源電壓的影響

通過實驗證明，在各因素中影響電化學(xué)反應(yīng)的主要因素是電源電壓，在其它因素一定的情況下電源電壓越大，其供給反應(yīng)體系的電子越多，反應(yīng)越劇烈，脫鹽效果越好［1］。在極板距離d=10mm、pH值為9時，考察了電壓強度對脫鹽率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 電壓強度對除鹽率的影響

4.2.2 極板距離的影響

從理論上講，極板距離越小越好。因為極板距離越小，能耗降低，且氯離子和氫離子之間傳遞電子的能力加強，進一步促進了氯化鈉的電解，提高了氯離子的去除率。但單因素實驗證明，極板距離為10mm時處理效果最好。極板距離過小，副反應(yīng)增加，次氯酸與水反應(yīng)生成大量的氯離子，反而降低了氯離子的去除率。實驗結(jié)果見圖3。

圖3 極板距離對脫鹽效率的影響

從圖3可知，在電源電壓為13.5V，pH值為9一定的條件下，極板距離為10mm時，去除效率達(dá)到最大，為50%。在5～10mm之間變化不大，但超過值10mm時效果急劇下降，可知極板距離對處理效果有較大影響。

4.2.3 pH 值的影響

在酸性條件下，氫離子的存在抑制了氯氣與水的反應(yīng)，釋放的氯氣量增加，另外氫離子濃度的增加還能促進陰極反應(yīng)，使反應(yīng)速率加快，從兩方面提高了對氯離子的去除率。而在堿性條件下，氯氣與水反應(yīng)產(chǎn)生的氫離子與氫氧根離子反應(yīng)，促進了該反應(yīng)的進行，即氯氣又有一部分變回到氯離子，所以降低了對氯離子的去除率，實驗結(jié)果見圖4。

圖4 pH值對脫鹽效率的影響

從圖4可知，pH值對鹽的去除在pH值為5時，效果最好。

4.2.4 其他因素對去除率的影響

(1)時間。由電解原理可知，增加處理時間有利于除鹽效率的提高，但隨著電解處理的進行，電流效果降低，動態(tài)濃度降低，使單個時間段的去除效率降低，當(dāng)處理一段時間后，時間因素對去除率的影響變小。

(2)溫度。溫度的提高加強了電流效率的效果，有利于除鹽效率的提高。

(3)極板面積。極板面積與電流密度成反比關(guān)系，極板面積的增大在一定程度上使電解反應(yīng)趨于均勻，有利于電解反應(yīng)，但其與電流密度成反比線形關(guān)系，使電流密度降低，反而不利于處理效率的提高［2］。

5 結(jié)語

試驗結(jié)果表明，電化學(xué)法能夠有效地處理含有高濃度氯化鈉的廢水。影響脫鹽效果的因素從大到小依次為有電源電壓、極板距離、pH值、電解時間，最優(yōu)的處理工藝為極板距離10mm、pH值為9、電源電壓為13.5V，此時氯離子的去除率可達(dá)50%。

［1］楊 曄，陸 芳.高鹽度有機廢水處理研究進展［J］.中國沼氣，2003，21(1):22 ～25.

［2］陳運軒，盧壽慈.高鹽廢水電化學(xué)處理實驗研究［J］.武漢鋼鐵學(xué)院學(xué)報，1995，18(1):7 ～13.