劉棟 付忠田 王允妹 祁國恕 陶冶

（1.營口開發(fā)區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站1150072.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院遼寧沈陽110004 3.沈陽環(huán)境科學(xué)研究院遼寧沈陽1100164.遼寧省污水處理管控中心遼寧沈陽110161）

模擬染料廢水電凝聚脫色過程主導(dǎo)機(jī)理研究

劉棟1付忠田2王允妹3祁國恕3陶冶4

（1.營口開發(fā)區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站1150072.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院遼寧沈陽110004 3.沈陽環(huán)境科學(xué)研究院遼寧沈陽1100164.遼寧省污水處理管控中心遼寧沈陽110161）

通過采用不同陽極電凝聚方法對三種模擬染料廢水開展處理，并對反應(yīng)過程進(jìn)行分析，對廢水主要脫色機(jī)理進(jìn)行了判斷。結(jié)果表明，脫色過程主要是由于金屬電解后產(chǎn)生的金屬離子絮凝劑的絮凝和電解氣浮作用，而不是直接或間接電氧化或還原過程。

染料廢水；電凝聚；脫色；機(jī)理

引言

電凝聚法處理染料廢水處理機(jī)理的研究，國內(nèi)外較多學(xué)者取得了相關(guān)成果[1-3]。但目前絕大部分研究過程，均集中在對處理之后廢水中有機(jī)成分的結(jié)構(gòu)變化上，并且通常認(rèn)為染料在電極表面發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，有新的物質(zhì)生成或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；加之電解過程中的電解氣浮和絮凝沉降作用，上述幾種機(jī)理同時(shí)作用使得染料廢水得以凈化[4-6]。但對于處理過程究竟是凝聚、沉降過程還是氧化還原過程是最主要的去除過程的研究，相對較少。本研究采用不同種類電極對結(jié)構(gòu)上分別具有雜環(huán)、偶氮和蒽醌等不同特征結(jié)構(gòu)的活性嫩黃X-6G、活性黃X-R和活性艷蘭X-BR等三種模擬染料廢水的脫色機(jī)理進(jìn)行了研究，以判斷脫色過程中的主導(dǎo)作用。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1 研究裝置

實(shí)驗(yàn)裝置見下圖1，主要部分為電凝聚反應(yīng)槽（直徑70mm，100mm），穩(wěn)壓電源，電極均為厚2mm，長60mm，寬40mm；廢水為自行配制的模擬廢水。

圖1 研究裝置

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

研究過程如下：模擬染料廢水濃度均為600mg/L，攪拌速度250rad/min，極板間距1cm，pH值不調(diào)，電解電壓10V，添加電解質(zhì)濃度為0.005mol/L Na2SO4。分別采用石墨電極、鋁電極和鐵電極做陽極，鐵電極做陰極，采用電凝聚方式處理三種模擬廢水。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

在上述實(shí)驗(yàn)條件下，電凝聚法不同電極處理三種活性染料模擬廢水不同處理時(shí)間脫色效果見下圖1。

圖2 不同電極對三種模擬染料廢水的脫色效果分析

從上圖1可以看出，不同電極處理三種廢水時(shí)的趨勢相似。石墨陽極鐵陰極時(shí)，由于無金屬溶解，只有部分水被電解生成氫氣和氧氣逸出，能使少量染料分子因氣浮而被去除；同時(shí)會有少量染料分子在陽極表面發(fā)生了氧化反應(yīng)，或在陰極表面被還原，使得發(fā)光基團(tuán)遭到破壞而使廢水脫色。但由于總體上上述反應(yīng)進(jìn)程較慢，且反應(yīng)程度有限，因此脫色率隨著反應(yīng)時(shí)間的延長略有增加，但總體很低，最高值也不到5%。而鋁陽極鐵陰極時(shí)脫色效果略有增加，最高值均超過15%。脫色率出現(xiàn)了隨著時(shí)間增加逐漸下降的趨勢。應(yīng)該是反應(yīng)開始時(shí)鋁陽極發(fā)生溶解，產(chǎn)生鋁離子，通過絮凝氣浮使得染料分子得到上浮去除，同時(shí)也可能會發(fā)生染料分子在陽極表面的氧化和陰極表面的還原過程。但鋁離子溶出過程逐漸趨緩，直至達(dá)到動態(tài)平衡。此時(shí)基本沒有鋁離子再進(jìn)入溶液中，且由于鈍化和極化現(xiàn)象，電解水的過程也基本停止。被絮凝到溶液表面的絮體在攪拌作用下，會有少量發(fā)生水解，因而脫色率會隨著時(shí)間的延長略有下降。而鐵陽極反應(yīng)過程中，三種染料模擬廢水處理效果均較好，到30min之后脫色率達(dá)到最高約95%左右，之后基本保持不變。從以上可以看出，電化學(xué)處理三種染料模擬廢水的過程中，石墨陽極的脫色效果最差，鋁陽極次之，鐵陽極最好。據(jù)此可以認(rèn)為，在實(shí)驗(yàn)研究的時(shí)間段內(nèi)，三種染料模擬廢水的脫色過程，均主要由于鐵和鋁離子的凝聚和電解氣浮過程，而并非由于染料分子在陽極表面發(fā)生的氧化以及陰極表面發(fā)發(fā)生還原過程。

3 結(jié)論

根據(jù)不同陽極電凝聚法處理具有不同結(jié)構(gòu)特征的模擬染料廢水的對比研究可以推測出，主要是金屬陽極溶解后產(chǎn)生的金屬絮凝劑的絮凝和電解氣浮作用導(dǎo)致的廢水脫色，而不是直接或者間接電氧化及還原過程。電解水之后產(chǎn)生的氫氣和氧氣上浮過程雖然也會有一定的脫色效果，但其作用相對較小。

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