模擬染料廢水電凝聚脫色過程主導機理研究

劉棟 付忠田 王允妹 祁國恕 陶冶

（1.營口開發(fā)區(qū)環(huán)境保護監(jiān)測站1150072.東北大學資源與土木工程學院遼寧沈陽110004 3.沈陽環(huán)境科學研究院遼寧沈陽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機理研究

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)境保護監(jiān)測站1150072.東北大學資源與土木工程學院遼寧沈陽110004 3.沈陽環(huán)境科學研究院遼寧沈陽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，并對反應過程進行分析，對廢水主要脫色機理進行了判斷。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；機理

引言

電凝聚法處理染料廢水處理機理的研究，國內(nèi)外較多學者取得了相關(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成分的結(jié)構(gòu)變化上，并且通常認為染料在電極表面發(fā)生了氧化還原反應，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，上述幾種機理同時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理進行了研究，以判斷脫色過程中的主導作用。

1 實驗過程

1.1 研究裝置

實驗裝置見下圖1，主要部分為電凝聚反應槽（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 實驗過程

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 實驗結(jié)果及分析

在上述實驗條件下，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的趨勢相似。石墨陽極鐵陰極時，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；同時會有少量染料分子在陽極表面發(fā)生了氧化反應，或在陰極表面被還原，使得發(fā)光基團遭到破壞而使廢水脫色。但由于總體上上述反應進程較慢，且反應程度有限，因此脫色率隨著反應時間的延長略有增加，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)了隨著時間增加逐漸下降的趨勢。應該是反應開始時鋁陽極發(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，直至達到動態(tài)平衡。此時基本沒有鋁離子再進入溶液中，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間的延長略有下降。而鐵陽極反應過程中，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)此可以認為，在實驗研究的時間段內(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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