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高壓脈沖電絮凝法處理印染廢水研究

文檔作者：詹君翔李敬許建平劉明華文檔來(lái)源： l福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 2福建省生物質(zhì)資源化技術(shù)開(kāi)發(fā)基地		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年07月06日
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高壓脈沖電絮凝法處理E口染廢水研究
詹君翔李敬許建平劉明華
fl福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院
2福建省生物質(zhì)資源化技術(shù)開(kāi)發(fā)基地福建福州350108)
摘要以自制高壓脈沖電絮凝裝置處理印染廢水。研究脈沖電壓、電絮凝時(shí)間、溶液pH值、極板間距等對(duì)印染廢水的處
理效果的影響。通過(guò)正交和單因素分析，得出最佳工藝條件為：板間距為3cm，電絮凝時(shí)間為90min，脈沖電壓為60V時(shí)，此條
件下，印染廢水的COD＆去除率為73．63％，SS去除率為98．27％。
關(guān)鍵詞高壓脈沖電絮凝印染廢水CODc，去除率
中圖分類號(hào)：X78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672—9064(2015)03-065—03
印染廢水作為業(yè)內(nèi)公認(rèn)難處理的工業(yè)廢水?．具有水質(zhì)
變化大、污染物成分復(fù)雜、有機(jī)物含量高、難降解物質(zhì)多等特
點(diǎn)【2]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)．我國(guó)每年會(huì)生產(chǎn)近十萬(wàn)t的染料。按每
噸染料產(chǎn)生7t廢水的比例計(jì)算[3】．我國(guó)每年都要產(chǎn)生近70
萬(wàn)t的印染廢水m“。因此，印染廢水的處理成為了當(dāng)務(wù)之急。
印染廢水常用的處理技術(shù)很多．其中．電絮凝法作為一
種新型處理技術(shù)．逐漸進(jìn)入人們的視野當(dāng)中[5]。采用電絮凝
法處理印染廢水．無(wú)需添加化學(xué)藥劑．設(shè)備體積小．且占地的
面積少，操作較為簡(jiǎn)單．在去除部分COD的同時(shí)，還可提高
廢水的可生化性能[6]。然而，傳統(tǒng)電絮凝法存在電極極化．會(huì)
導(dǎo)致電耗升高，處理效率降低r7]，為克服上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)
者將脈沖技術(shù)引入高壓脈沖技術(shù)[8引．在降低反應(yīng)能耗的同
時(shí)，促進(jìn)電極表面的離子擴(kuò)散，有效防止電極的極化，提高廢
水的處理效果r10]。
高壓脈沖電絮凝法是一種利用鋁、鐵等金屬作為陽(yáng)極．
在通電狀況下．溶解成為氫氧化物使廢水中膠體分離的一種
化學(xué)方法，具有處理效率高、速度快、操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)生污泥量
少、無(wú)需添加化學(xué)劑等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，它也一度被認(rèn)為是最
有前途的一種處理技術(shù)?]。
本文采用自制的高壓脈沖電絮凝裝置．以印染廢水
COD。去除率和sS去除率為指標(biāo)，對(duì)高壓脈沖電絮凝技術(shù)
處理印染廢水進(jìn)行了研究．考察了脈沖電壓、電絮凝時(shí)間、溶
液pH值、極板問(wèn)距等對(duì)印染廢水的處理效果的影響。
1 實(shí)驗(yàn)
1．1試劑
實(shí)驗(yàn)采用印染廢水由福建石獅某印染企業(yè)提供．廢水
CODo為3858．66mg／L，SS為99．60mg／L，pH值為7．51，折射
率為55．4％；鹽酸(西隴化工股份有限公司)．氫氧化鈉(天津
市福晨化學(xué)試劑廠)，重鉻酸鉀(廣東西隴化工廠)，硫酸汞
(貴州省銅仁化學(xué)試劑廠)，濃硫酸(中國(guó)上海試劑總廠)，硫
酸銀(上海市博達(dá)銀業(yè)化工廠)，均為分析純?cè)噭?
1．2儀器設(shè)備
自制高壓脈沖電絮凝裝置(由成都金億鐳科技有限公司
加工)；FAl0004上皿電子天平(上海精密科學(xué)儀器公司)；
101一A數(shù)顯電熱恒溫干燥箱(上海陽(yáng)光實(shí)驗(yàn)儀器公司)；6B一
12型COD消解儀(江蘇盛奧華環(huán)?？萍加邢薰?；6B一200
型COD測(cè)定儀(江蘇盛奧華環(huán)保科技有限公司)。
1．3 高壓脈沖電絮凝裝置操作
高壓脈沖電絮凝裝置的操作步驟：①安裝好電解槽中的
鋁電極板．2個(gè)電極板之間的距離根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行調(diào)整，
通常為l～4cm：⑦連接好脈沖調(diào)制部分與電解槽2個(gè)電極板
之間的連接線；③將待測(cè)印染廢水緩緩倒入電解槽中，槽中
廢水的高度為100ram，總量為2500raL：④將頻率設(shè)置調(diào)在
4000Hz檔．將直接電源的“電壓調(diào)節(jié)”按鈕逆時(shí)針旋至最小
位置(0V)，通電，將電壓逐漸緩慢增加到10～50V范圍，觀察
電流表指示．從而觀察儀器是否正常．再根據(jù)需要選取20—
100V的電壓；⑤選擇4kHz的頻率，通電進(jìn)行電解試驗(yàn)，電絮
凝時(shí)間為3-180min。
1．4 COD。的測(cè)定
本文以廢水COD。去除率和SS去除率為指標(biāo)，評(píng)價(jià)高
壓脈沖電絮凝的效果。其中，CODo采用快速消解分光光度
法測(cè)定，該方法的測(cè)定原理為：在一定量的廢水中加入已知
量的重鉻酸鉀溶液．在強(qiáng)硫酸介質(zhì)中。以硫酸銀作為催化劑，
經(jīng)165℃恒溫消解．重鉻酸鉀被水中有機(jī)污染物還原為三價(jià)
鉻(C一)，由于廢水中的COD。值與三價(jià)鉻(Cr3+)的吸光度的
增加值成正比例關(guān)系．故可通過(guò)在特定波長(zhǎng)處測(cè)定三價(jià)鉻
(C，)的含量，得出廢水的COD。值。
快速消解分光光度法測(cè)定儀的使用方法如下：
(1)試劑的配制。Cl試劑的配制：稱取在120。C烘干2h
的分析純重鉻酸鉀12．2589，溶于蒸餾水中，移入1000mL的
容量瓶中．稀釋至標(biāo)線．搖勻，再加入少量硫酸汞粉末。C2試
劑的配制：向500raL濃硫酸中加入59硫酸銀，攪拌至硫酸
銀完全溶解．放置l～2d備用。
(2)水樣的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)中先通過(guò)6B—12型消解儀對(duì)廢水
消解10rain后，再用6B一200型速測(cè)儀測(cè)定廢水中COD。值，
主要流程為：開(kāi)啟COD消解儀與測(cè)定儀一取3mL水樣于試
管中一加lmL C1試劑一緩慢加入5mL C2試劑一搖勻后．
將試管慢慢插入消解儀中．在165℃開(kāi)始消解10min一空冷
作者簡(jiǎn)介：詹君翔(1994～)，男，福建莆田人，本科生，主要從事再生資源綜合利用方面的研究。
通訊作者：劉明華(1970～)，男，福建莆田人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事功能材科的研究。
萬(wàn)方數(shù)據(jù) ,9015．No．3 o
2min一加3mL蒸餾水，搖勻一水冷2min一測(cè)定COD。值。
2結(jié)果與討論
2．1 電絮凝基本原理
電絮凝法是在外加直流電場(chǎng)的作用下．可溶性陽(yáng)極(實(shí)
驗(yàn)中為鋁電極)會(huì)產(chǎn)生陽(yáng)離子(Ap+)．陽(yáng)離子能夠在溶液中水
解、聚合．生成系列多核羥基絡(luò)合物和氫氧化物．這些產(chǎn)物可
作為絮凝劑而起到絮凝的作用．在電解過(guò)程中會(huì)發(fā)生電解氧
化還原反應(yīng)．以鋁電極為例．其典型的電極反應(yīng)如下[9]：
陽(yáng)極(氧化)：Al一3e一一一Al“
陰極(還原)：2H20+2e—一H2(g)+20H—
Al呵以與OH-l：2單分子或高分子的形式結(jié)合．生成AI(OH)。、
AI(OH)2+xAI(OH)4-、A1。(OH)7+等絡(luò)合物，最后形成AI(OH)，
微絮體，其效果較之藥劑絮凝更好[5]：同時(shí)，在陰極產(chǎn)生H2，
逸出形成極小的氣泡．能夠?qū)U水中的凝聚物夾帶而出．上
浮到電解槽的電解液表面．同時(shí)起到絮凝與氣浮的作用．從
而提高廢水的處理效果。
2．2正交實(shí)驗(yàn)研究
在高壓脈沖電絮凝法處理印染廢水過(guò)程中．脈沖條件及
廢水本身的性質(zhì)都會(huì)處理效果產(chǎn)生較大的影響。以脈沖電
壓、電絮凝時(shí)間、溶液pH值、極板間距為因素，以廢水COD。
去除率為指標(biāo)．設(shè)計(jì)了4因素3水平正交實(shí)驗(yàn)．考察各因素
對(duì)電絮凝效果的影響。實(shí)驗(yàn)選用k(3。)正交設(shè)計(jì)表，正交實(shí)
驗(yàn)各因素與對(duì)應(yīng)的水平見(jiàn)表1．正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2．極差分
析結(jié)果見(jiàn)表3。
由正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和極差分析可以得出結(jié)論：R(時(shí)間)
表1因數(shù)與水平表
試驗(yàn)號(hào)A B C D CODc。去除率／％
>R(脈沖電壓)>R(板間距)>R(pH值)，因此各因素對(duì)CODcr
去除率影響的主次為：電絮凝時(shí)間一脈沖電壓一板問(wèn)距一pH
值。最優(yōu)方案是A，B，C：一D，，即脈沖電壓40V，電絮凝時(shí)間
90min，板間距3cm，廢水pH值為9。
2_3單因素實(shí)驗(yàn)
由正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知．電絮凝時(shí)間及脈沖電壓對(duì)高壓脈
2015．No．3．
表3極差分析結(jié)果
沖電絮凝法處理印染廢水具有較大的影響．而板間距及廢水
pH值的影響則較小。因此，為了進(jìn)一步優(yōu)化電絮凝實(shí)驗(yàn)的反
應(yīng)參數(shù)，在正交實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以COD。去除率和SS去除率
為指標(biāo)，對(duì)以上2種主要影響因素進(jìn)行不同水平的單因素實(shí)
驗(yàn)，并綜合考察其對(duì)高壓脈沖電絮凝法處理廢水的影響。
2．3．1 電絮凝時(shí)間的影響
由正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果知，印染廢水pH值對(duì)高壓脈沖電絮凝
法的處理效果影響較小，故本實(shí)驗(yàn)不進(jìn)行廢水pH值的調(diào)
節(jié)，即以原廢水進(jìn)行研究。在板間距為3cm．脈沖電壓為40V
的條件下．改變電絮凝時(shí)間．研究電絮凝時(shí)間對(duì)高壓脈沖電
絮凝法處理印染廢水效果的影響．結(jié)果如圖1所示。
+cODcr去除率，％+ss擊除率／(mr／L)
蓮
靜
餐≮
器
電累凝時(shí)間／rain
圖1 電絮凝時(shí)間對(duì)印染廢水處理效果的影響
由圖l可見(jiàn)，印染廢水的COD。去除率和SS去除率都
隨著電絮凝時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。對(duì)于SS去除率．在電絮凝時(shí)
間為3min時(shí)即可達(dá)到90％以上，30min后達(dá)到95％以上．繼
續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，SS去除率的提高幅度不大；對(duì)于COD。去除
率．在電絮凝時(shí)間為90min時(shí)達(dá)到64．52％．此后隨著時(shí)問(wèn)的
延長(zhǎng)基本保持不變?？紤]到隨著通電時(shí)間的增加．電耗也逐
漸增加，綜合考慮，選擇最佳電絮凝時(shí)間為90min。
2．3．2脈沖電壓的影響
在板間距為3cm．電絮凝時(shí)間為90min的條件下．改變
脈沖電壓．研究脈沖電壓的改變對(duì)高壓脈沖電絮凝法處理印
染廢水效果的影響，結(jié)果如圖2所示。
由圖2可見(jiàn)．脈沖電壓對(duì)SS去除率的影響不明顯．在
20～60V的范圍內(nèi)，SS去除率都能達(dá)到95％以上：脈沖電壓
對(duì)CODo去除率的影響比較明顯，在電壓較低時(shí)，COD。去除
率隨著脈沖電壓的提高迅速增大，脈沖電壓達(dá)到50V后．
CODo去除率的提高幅度較小。在脈沖電壓較小時(shí)，電解產(chǎn)
生的AI(OH)，量較小，只有絮凝一定量的污染物質(zhì)：隨著脈
沖電壓的增大．陽(yáng)極板的溶解增加．進(jìn)而能產(chǎn)生更多的絮
體．同時(shí)．氣泡的產(chǎn)生速率也相應(yīng)提高氣泡密度增大．加強(qiáng)
萬(wàn)方數(shù)據(jù) 。
90
75
連60
簪
簍45
者8
30
15
0
-4-CODCr-去除辜腳+sS去除辜，(Ing兄)
0 10 20 30 40 50 60 70
脈沖電壓～
圖2脈沖電壓對(duì)印染廢水處理效果的影響
100
80
60妻
攀
40墓
20
0
了AI(OH)，與氣泡碰撞的幾率，從而捕集污染物，有利于污
染物的去除。然而．氣泡密度過(guò)大時(shí)，會(huì)破壞已經(jīng)形成的絮凝
體，使得COD。去除率降低，同時(shí)，氣泡也會(huì)聚集長(zhǎng)大，不利
于電絮凝∽。綜上分析，最佳脈沖電壓為60V，此時(shí)，COD。去
除率為73．63％，SS去除為98．27％。
3 結(jié)論
(1)以自制高壓脈沖電絮凝裝置處理印染廢水．通過(guò)正
交實(shí)驗(yàn)得出，各因素對(duì)CODo去除率影響的主次為電絮凝時(shí)
間一脈沖電壓一板間距一pH值，最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案為：脈沖電壓
40V，電絮凝時(shí)間90min，板間距3cm，廢水pH值為9。
(2)通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明：
印染廢水的COD。去除率和SS去除率都隨著電絮凝時(shí)間的
延長(zhǎng)而增大．最佳電絮凝時(shí)間為90min：脈沖電壓對(duì)SS去除
率的影響不明顯，隨著脈沖電壓的增大，COD。去除率呈先
增大后減小的趨勢(shì)。
(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果，在板間距為3cm，電絮凝時(shí)間為
90min，脈沖電壓為60V時(shí)，印染廢水的CODo去除率為
73．63％．SS去除為98．27％。
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全球氣溫到2050年升幅控制在2攝氏度
加強(qiáng)各國(guó)能源部門(mén)對(duì)氣候變化的適應(yīng)能力．需要政策和
市場(chǎng)雙管齊下．國(guó)際能源署始終認(rèn)為全球溫度在2050年升
幅控制在2攝氏度之內(nèi)是可行的。但是需要全球能源體系做
出關(guān)鍵性的轉(zhuǎn)變．盡力爭(zhēng)取在制定能源、環(huán)境和氣候政策時(shí)
注重協(xié)同效應(yīng)。
“頁(yè)巖革命”改變?nèi)蚰茉词柰ǜ窬?
美國(guó)2014年的頁(yè)巖油產(chǎn)量迭450萬(wàn)桶／日．加上常規(guī)原
油產(chǎn)量，美國(guó)的原油產(chǎn)量達(dá)900萬(wàn)桶／日，排名世界第三。美
國(guó)實(shí)現(xiàn)了石油供應(yīng)自給自足，石油制品出口歐洲市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)
一’llIII一，‘IIII IIII ¨l?，。?11．一,．ItlIIIJ∥‘??d‘?‘·．．?lit_．。?J··一’I
煤炭需求量急劇下降．過(guò)剩的煤炭銷往歐洲和亞洲。大大改
變了全球能源流通格局。
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扶持新能源汽車
國(guó)務(wù)院出臺(tái)指導(dǎo)意見(jiàn)，為加快新能源汽車推廣應(yīng)用。提
出：①加快充電設(shè)施建設(shè)；②積極引導(dǎo)企業(yè)創(chuàng)新商業(yè)模式；③
·”?_-一-+IlllI-”IIII_-”?‰。’。I?-?！甀¨一‘’‘Ih_一·’”?I--．,tillIl··‘’III_-，‘?o·-，‘’II¨_-。lllit一-’’IIIl-一。??-‘‘。lid一-+‘Ⅲl·-r+。?h．-+“I
推動(dòng)公共服務(wù)領(lǐng)域率先推廣應(yīng)用；④進(jìn)一步完善政策體系；
⑤破除地方保護(hù)；⑥加速技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管。
能源互聯(lián)網(wǎng)的三要素
美國(guó)著名經(jīng)濟(jì)學(xué)家杰里米．里夫金提出的能源互聯(lián)網(wǎng)有
三個(gè)基本立足點(diǎn)：①定位在分布式的綠色可再生能源上；②
2015．NO．3．
可再生能源的主導(dǎo)使用形式為電力：③億萬(wàn)人參與，互聯(lián)共
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