鋁-鐵雙電極周期換向電凝聚處理印染及制藥廢水研究.pdf

1、隨著制藥、印染等生產(chǎn)行業(yè)的迅猛發(fā)展，有機(jī)化合物的種類和產(chǎn)量與日俱增，導(dǎo)致有機(jī)物污染成為目前全球水污染最典型的特征，因此印染及制藥有機(jī)廢水的治理已經(jīng)成為現(xiàn)階段環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域亟待解決的問題。針對(duì)傳統(tǒng)電凝聚技術(shù)存在電耗大、極板鈍化等問題，通過采用周期換向的通電方式，利用鐵、鋁陽離子的協(xié)同效應(yīng)，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，提出了鋁/鐵雙電極周期換向電凝聚處理印染及制藥有機(jī)廢水的技術(shù)方案。論文以印染廢水和制藥廢水為處理對(duì)象，開展了鋁/鐵雙電極周期換向電凝聚法出去

2、廢水中不同結(jié)構(gòu)有機(jī)物的影響因素、反應(yīng)機(jī)理、降解規(guī)律、極板鈍化、反應(yīng)過程動(dòng)力學(xué)、技術(shù)可行性等一系列研究，初步形成了鋁/鐵雙電極周期換向電凝聚技術(shù)的理論體系。通過理論基礎(chǔ)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和表觀現(xiàn)象相結(jié)合的方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出以下創(chuàng)新成果:
　　(1)通過對(duì)活性黑KN-B、活性艷橙X-GN兩種模擬染料廢水的實(shí)驗(yàn)研究論證了鋁/鐵雙電極周期換向電凝聚法處理染料廢水的系統(tǒng)是穩(wěn)定可行的。在反應(yīng)電壓為10V，換向周期為10s，極板間距為1.0

3、cm，攪拌速度為1000r/min，0.01 mol/L的Na2SO4為支持電解質(zhì)，pH值為5～9的條件下反應(yīng)30min，200mg/L的活性黑KN-B模擬染料廢水的脫色率和COD去除率分別達(dá)99％及60％以上;在反應(yīng)電壓為9V，換向周期為8s，極板間距為1.5cm，攪拌速度為500r/min，0.01mol/L的Na2SO4為支持電解質(zhì)，pH值為5～7的最佳工藝條件下反應(yīng)20min，200mg/L的活性艷橙X-GN模擬染料廢的脫色率和

4、COD去除率分別達(dá)99％及74％以上。
　　(2)以活性黑KN-B模擬染料廢水為例，對(duì)鋁/鐵雙電極周期換向電凝聚處理染料廢水中有機(jī)物的機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)研究得出:對(duì)廢水脫色而言，亞鐵及亞鐵多羥基絡(luò)合物的還原作用脫色占主導(dǎo)，其貢獻(xiàn)率大致為80％;其次是金屬絮凝劑絮凝作用和氣體氣浮作用脫色，貢獻(xiàn)率大致為18％。但對(duì)模擬染料廢水COD去除而言，金屬離子絮凝劑的絮凝作用占主導(dǎo)地位，但還原作用是COD有效去除的前提。通過對(duì)采用不同電極材料（Al、

5、Fe和石墨）、不同的通電方式（周期換向、直流）處理模擬染料廢水對(duì)比研究得出，鋁/鐵雙電極處理效果明顯優(yōu)于其他電極組合，表明鋁、鐵離子的協(xié)同作用有助于污染物去除;對(duì)鋁/鐵雙電極周期換向電凝聚和直流電解反應(yīng)前后Al板的SEM圖及其表面元素圖譜進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，周期換向的通電方式可緩解極板鈍化，對(duì)反應(yīng)過程中電極的保護(hù)是有利的。對(duì)鋁/鐵雙電極周期換向電凝聚法的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究表明，200mg/L活性黑KN-B染料廢水色度和COD的去除符

6、合準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
　　(3)通過對(duì)黃連素模擬制藥廢水的實(shí)驗(yàn)研究論證了鋁/鐵雙電極周期換向電凝聚法去除模擬制藥廢水中黃連素是可行的。在反應(yīng)電壓為6V，換向周期為10s，攪拌速度為750r/min，電解質(zhì)Na2SO4濃度為0.015mol/L，極板間距0.3～0.6 cm，初始pH值3～10條件下反應(yīng)60min，黃連素模擬廢水的脫色率和COD去除率分別達(dá)99％和95％;對(duì)鋁/鐵雙電極周期換向電凝聚法處理黃連素模擬制藥廢水的反應(yīng)機(jī)理

7、進(jìn)行分析，結(jié)果表明，反應(yīng)過程中大部分黃連素分子被氣體氣浮作用和鋁鐵金屬離子形成的無機(jī)鹽絮凝劑凝聚直接去除;初步定量分析得出黃連素分子的去除過程中金屬離子絮凝劑絮凝作用占主導(dǎo)地位約為70％，電氣浮貢獻(xiàn)率大致為8％，氧化作用貢獻(xiàn)率大致為18％，而且形成中間體存留在溶液中。對(duì)反應(yīng)過程動(dòng)力學(xué)分析得出鋁/鐵周期換向電凝聚法對(duì)200mg/L黃連素模擬制藥廢水的色度和COD去除符合表觀準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征，對(duì)400mg/L-1000mg/L黃連素模擬

8、制藥廢水的色度和COD去除符合表觀零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征。
　　(4)對(duì)氯霉素模擬制藥廢水探索性研究結(jié)果表明，鋁/鐵雙電極周期換向電凝聚法可將氯霉素分子氧化成更易消解的有機(jī)物，使出水COD值升高，而對(duì)廢水COD去除沒有效果。通過對(duì)鋁/鐵雙電極周期換向電凝聚法過程中羥自由基研究，得出該過程確有少量的羥自由基生成，基于對(duì)氯霉素模擬制藥廢水進(jìn)一步探索和電芬頓理論，提出了通過添加H2O2來提高鋁/鐵雙電極周期換向電凝聚過程中羥自由基生成量的方

9、法，并對(duì)該法處理氯霉素模擬制藥廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，表明添加H2O2可大幅度提高周期換向電凝聚過程中羥自由基的生成量，且在添加1mLH2O2，換向周期為10s，極板間距為0.6cm，反應(yīng)電壓為8V的條件下反應(yīng)90min，氯霉素模擬廢水COD去除率可升至30％左右。
　　結(jié)合電凝聚基本原理，以活性黑KN-B、黃連素為代表，初步確定了鋁/鐵雙電極周期換向電凝聚法去除廢水中偶氮類染料和離子型有機(jī)物的反應(yīng)途徑。初步實(shí)現(xiàn)了鋁/鐵雙電極周期換向電