高濃度含鹽廢水的資源化處理研究

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 南京工業大學，江蘇 南京 211816)

1 引言

隨著我國工業的發展，工業廢水的排放量日益增加，其中較大一部分是高鹽分廢水，該廢水對生態環境有諸多危害，會影響廢水后續生物處理的效果。目前工業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境中的鹽量，所以高鹽分廢水的處理已成為國內環保業急需解決的難題。

電化學技術在處理電鍍、印染、食品、造紙、制革及生活污水的處理中應用日益廣泛，本課題組在調研大量文獻的基礎上，了解到目前國內外鮮有電化學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，并探討了電化學法處理高鹽度廢水的處理效果及作用機理和發展前景，并考慮其處理成本，本課題有較強的應用前景和理論價值。

2 電解原理

電解法是指應用電解的基本原理，使廢水中有害物質通過電解過程在陽－陰兩極上分別發生氧化和還原反應轉化成為無害物質，以實現廢水凈化的目的。

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如下:

陽極主反應:

副反應:

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)。

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

水質氯化物的測定—硝酸銀滴定法(GB11896－89)。

4 結果與討論

4.1 正交實驗

實驗結果見表2(電解時間采用30min，極板面積為2000mm2)。

表2 實驗結果

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，最優條件為根據K值得判斷，試驗指標越小結果越好，因此取K值得相對最小水平作為每個因素的最優水平，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反應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，其供給反應體系的電子越多，反應越劇烈，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，副反應增加，次氯酸與水反應生成大量的氯離子，反而降低了氯離子的去除率。實驗結果見圖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，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，使反應速率加快，從兩方面提高了對氯離子的去除率。而在堿性條件下，氯氣與水反應產生的氫離子與氫氧根離子反應，促進了該反應的進行，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，動態濃度降低，使單個時間段的去除效率降低，當處理一段時間后，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系，極板面積的增大在一定程度上使電解反應趨于均勻，有利于電解反應，但其與電流密度成反比線形關系，使電流密度降低，反而不利于處理效率的提高［2］。

5 結語

試驗結果表明，電化學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.高鹽廢水電化學處理實驗研究［J］.武漢鋼鐵學院學報，1995，18(1):7 ～13.