电化学氧化处理印染废水的过程和特性

李大鹏
?(北京航空航天大学环境工程系，北京　100083)

　　摘　要： 采用电化学氧化法处理某毛纺厂的染缸废水，选择钛涂钌网作为催化阳极对电化学氧化过程中废水水质的变化及其对电化学氧化效能的影响等进行了试验，分析和探讨了印染废水电化学氧化的过程和特性。
　　关键词：电化学氧化；印染废水；钛涂钌阳极?
　　中图分类号：X703
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2002)05-0006-04

Process and Characteristics of Electrochemical Oxidation for Treatment of Dyeing Wastewater?
LI Da?peng?
(Dept of Environmental Engineering,Beijing University of Aeronautics and A stronautics,?Beijing 100083,China)

　　Abstract：The electrochemical oxidation process was adopted for treatment of dye vat waste water in a woolen mill.A test was made by using titanium-ruthenium anode to exam ine the variation of wastewater quality in the treatment process and its effect on the process efficiency.Furthermore,the electrochemical oxidation process and characteristics were discussed for dyeing wastewater.?
　　Keywords:electrochemical oxidation; dyeing wastewater; titanium-ruthenium anode

　　电化学氧化是通过阳极(一般是惰性阳极)反应生成的氧化基团降解水中的有机物。由于该技术能有效地破坏难生物降解有机物的稳定结构，使污染物彻底降解，因此已成为现代高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes)研究领域的一个热点。印染废水水质复杂多变、色度高且含有大量难生物降解的有机污染物(染料、浆料和助剂)，因此其电化学氧化过程十分复杂，电化学氧化的反应机理也会有所不同，且废水的水质、工况控制条件(电压、时间等)及反应器构造都直接影响着电化学氧化的效能。?

1　 试验装置与方法

　　 试验装置如图1所示。

　　 将印染废水加入电氧化槽，插入电极后接通电源，在一定的控制条件下完成电化学氧化过程 ，记录反应过程中主要参数的变化，对反应后水质指标进行测定以确定电化学氧化的效能；通过监测不同电化学氧化时间条件下处理前后废水水质的变化，进而分析电化学氧化的过程；改变废水水质等条件，确定影响电化学氧化过程和效能的主要水质影响因素，分析电化学氧化反应过程的特性与机制。
　　试验用水取自北京市清河毛纺厂染缸废水，其主要成分及水质指标见表1。

表1　试验水样主要成分及水质指标 主要成分 含量(g/L) 主要水质指标 宜和仑红P 0.30 COD为3729.6mg/L 宜和仑黄 0.37 宜和仑兰PA 0.28 色度为800倍 甲酸 2.11 元明粉 2.54 TOC为1707mg/L 阿白格FFA 0.21 阿白格PLUS 1.27 pH为3.53，浊度为34.8NTU 防蛀剂 0.21

　　 水质分析方法如下：①色度测定采用稀释倍数法和分光光度比色法；②COD测定采用重铬酸钾标准法；③TOC测定采用TOC测定仪；④pH值测定采用pH计；⑤浊度测定采用数字光电浊度仪。?

2 　结果与讨论

2.1　 脱色效果及pH值的变化
　　 电化学氧化过程中废水的pH值和脱色率随氧化时间的变化分别见图2、3。

　　试验结果表明，①废水的pH值随氧化时间的增加而逐渐升高，开始上升幅度平缓，12min后上升幅度突增，废水由酸性变为碱性。可见电化学氧化过程中阴极不断产生和释放氢气，而在阳极主要是Cl-、SO₄^2-被氧化，使废水的pH值不断上升。②废水脱色率随氧 化时间的增加而显著提高，8min后其增幅变缓，12min时脱色率最大(94.8%)，继续增加氧化时间脱色率反而下降。这是由于电化学氧化过程中染料分子不断地被氧化降解成新的化合物(使色度降低)，在长时间的作用下随着新生化合物量的增加，它们又重新合成染料物质，从而使色度增加；另外，电化学氧化后期由于pH值增大，水中某些金属离子等发生电沉积 使浊度升高也是造成色度增高的原因。
2.2 　pH值对电化学氧化效能的影响
　　 原水pH值为3.74，通过加入HCl和NaOH以考察不同pH值条件下的电化学氧化效能、电化学氧化前后废水pH值的变化以及pH值对电化学氧化效能的影响。脱色率与氧化时间的关系见图4，脱色率与废水pH值的关系见图5，电化学氧化前后pH值变化及对比见图6。

　　试验结果表明，①pH值对电化学氧化的脱色效能有一定的影响。废水pH值升高，脱色率降低；废水pH值降低，脱色率升高，其影响程度在酸性和碱性条件下有所不同。向废水中加入HCl后脱色率提高，且随着HCl加入量的增加，脱色率提高幅度相对较大，如当pH=1时脱色率可高达99.9%(比原废水提高5.8%)。向废水中加入NaOH后脱色率有所降低，在碱性条件下(pH＞8)随着NaOH加入量的增加，脱色率降低的幅度逐渐趋于平缓，当pH=12时脱色率降为89.5% (比原废水降低4.6%)。②向废水中加入HCl或NaOH后的电化学氧化效能和过程有所不同。加入HCl后(pH=2)脱色率开始较低，中期上升幅度较大，t=6min时超过原废水，t=8min后脱色率上升趋于平缓。加入NaOH后(pH=6)脱色率开始较高，上升幅度较大，中期上升幅度减小，t=6min后脱色率上升趋于平缓，t=8min时与原水持平。③降低废水pH值，在相同条件下可相应缩短氧化时间。④在酸性和弱碱性条件下，电化学氧化后废水的pH值较反应前升高2个单位；而在强碱性条件下则较反应前降低。这说明在酸性和弱碱性条件下主要的电极反应是阴极H+被还原而阳极Cl-、SO^42-被氧化，使废水的pH值升高；在强碱性条件下主要的电极反应是阴极金属离子和H+被还原而阳极OH-被氧化，使废水的pH值降低。
2.3 　水温对电化学氧化效能的影响
　　不同水温条件下脱色率与氧化时间的关系见图7，脱色率与水温的关系见图8。

　　试验结果表明，水温对电化学氧化过程和效能有一定的影响。水温升高，脱色率略有上升；但水温＞50℃时脱色率却大幅降低。这可能是由于水温影响着氧化剂在水中的形态和稳定性所致。?
2.4　 电解质对电化学氧化效能的影响
　　在投加不同种类的电解质条件下脱色率与氧化时间的关系及对比见图9。

　　试验结果表明，增加废水中Cl-的浓度时电化学氧化的脱色效能提高且反应过程加快，氧化时间缩短，NaCl的效果略好于HCl。

3 结论

　　 ①废水的pH值、水温、电解质种类和浓度是电化学氧化的主要水质影响因素，它们对脱色效能有不同程度的影响。其中，pH值和电解质的影响较大，而水温的影响相对较小。若降低废水的pH值或增加电解质(尤其是Cl-)的浓度，电化学氧化的效能会大大提高，反应过程也相应加快，氧化时间缩短；水温＞50℃时则不利于电化学氧化的进行。
　　②在电化学氧化过程中既有氧化也有还原和电化学合成等反应，废水的成分和特征不断发生变化(如污染物浓度降低、pH值升高等)，同时这些变化反过来也会影响电化学氧化的效能和过程，使污染物的去除率降低。?
　　③印染废水中通常含有Cl-和SO₄^2-离子，其电化学氧化过程实际上就是Cl-、SO₄^2-和OH-在阳极被氧化成强氧化剂OCl-、Cl₂、过硫酸盐和［O］，进而氧化降解水中有机物的过程，但在不同的水质条件下其反应过程有所不同。在酸性和弱碱性条件下，主要的电极反应是阴极H+被还原而阳极Cl-、SO₄^2-被氧化，使废水的pH值升高；但在强碱性条件下，主要的电极反应是阴极金属离子和H+被还原而阳极OH-被氧化，使废水的pH值降低。一般在酸性和弱碱性条件下的电化学氧化效能较强碱性水质条件下要高。

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　　作者简介：李大鹏(1965-)， 男，黑龙江哈尔滨人， 北京 航空航天大学副教授，主要从事环境工程和水处理研究工作
　　电　　话：(010)62327142?
　　E-mail:ruip@rose.nsfc.gov.cn
　　收稿日期：2001-09-20