電解法處理廢水中有機(jī)物的試驗(yàn)研究

收稿日期：2023-11-08

作者簡介：劉彥超（1988—），男，江蘇蘇州人，工程師。研究方向：工業(yè)廢棄物資源化利用。

摘要：電解法是一種新型的廢水處理技術(shù)，由于其無須添加藥劑，不產(chǎn)生二次污染，越來越受到人們的關(guān)注。試驗(yàn)使用電解法來降解廢水中的有機(jī)物，分別研究pH、反應(yīng)時(shí)間、電流和電壓對化學(xué)需氧量（COD）去除率的影響，從而確定合適的反應(yīng)條件，更好地將電解法應(yīng)用于廢水處理中。

關(guān)鍵詞：電解法；有機(jī)物；去除率；廢水處理

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）01-000-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.002

Experimental Study on Electrolytic Treatment of Organic Compounds in Wastewater

LIU Yanchao

（Kunshan City Qiandeng Waste Purification Co.， Ltd.， Kunshan 215300， China）

Abstract： Electrolysis is a new type of wastewater treatment technology， which is increasingly attracting people’s attention due to its no need to add chemicals and no secondary pollution. The experiment uses electrolysis to degrade organic compounds in wastewater， and studies the effects of pH， reaction time， current， and voltage on the removal rate of chemical oxygen demand （COD）， in order to determine suitable reaction conditions and better apply electrolysis to wastewater treatment.

Keywords： electrolysis; organic compounds; removal rate; wastewater treatment

工業(yè)廢水和生活污水都含有一定量的有機(jī)物，而如何處理廢水中的有機(jī)物是人們一直研究的課題。目前，廢水中有機(jī)物的處理方法有芬頓法[1]、光催化氧化法[2]、生物法、化學(xué)混凝法和電催化氧化法[3-4]等。電解法是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，通過電解過程中產(chǎn)生的羥基自由基（·OH）來降解廢水中的有機(jī)物[5]。·OH具有很強(qiáng)的氧化性，其氧化電位為2.8 V，高于高錳酸鉀和氯氣，在自然界中僅次于氟氣，可以氧化去除多種有機(jī)物。本文以實(shí)驗(yàn)室配制的廢水作為研究對象，使用二氧化鉛析氧電極作為陽電極來降解其中的有機(jī)物。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料和儀器

試驗(yàn)廢水由實(shí)驗(yàn)室配制。在某污水處理廠采集廢水樣品，其中加入鄰苯二甲酸氫鉀、氯化鈉和純水，使其化學(xué)需氧量（COD）為2 015.12 mg/L，pH=7.2，氨氮濃度為12.07 mg/L，Cu含量為0.32 mg/L，

Ni含量為0.51 mg/L，NaCl含量為2.62%。試驗(yàn)儀器主要有直流穩(wěn)壓電源、陽電極（材質(zhì)二氧化鉛）、陰電極（材質(zhì)鈦）、溫度計(jì)、pH計(jì)、玻璃缸（規(guī)格

20 cm×10 cm×10 cm）、漏斗（直徑75 mm）、燒杯

（250 mL）。試劑主要有硫酸（分析純，98%）、氫氧化鈉溶液（實(shí)驗(yàn)室配制，32%）、聚丙烯酰胺（PAM）溶液（實(shí)驗(yàn)室配制，0.2%）、鄰苯二甲酸氫鉀（分析純，98%）、氯化鈉（分析純，98%）。

1.2 試驗(yàn)方法

COD檢測采用重鉻酸鉀法，標(biāo)液為重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液；主要儀器為微波閉式消解儀、自動式滴定管。試驗(yàn)控制單一變量，在常溫常壓下通過電解去除廢水中的有機(jī)物。分別進(jìn)行pH、反應(yīng)時(shí)間、電流和電壓的條件試驗(yàn)，分析COD去除率隨pH、反應(yīng)時(shí)間、電流和電壓的變化，從而確定最佳的電解反應(yīng)條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH的條件試驗(yàn)

取1 L配制好的試驗(yàn)廢水置于玻璃缸中，加入硫酸調(diào)節(jié)溶液pH至5.0，然后放入陽電極、陰電極，兩電極接頭分置兩端，接頭距離為15 cm。陽極接入直流穩(wěn)壓電源正極，陰極接入直流穩(wěn)壓電源負(fù)極，打開電源，調(diào)節(jié)電流至10.0 A，電壓為5.00 V。在電解過程中，滴加氫氧化鈉溶液維持pH在5.0，電解反應(yīng)60 min后，停止電解試驗(yàn)。加入PAM溶液進(jìn)行絮凝沉淀，絮凝結(jié)束后使用漏斗進(jìn)行過濾，濾液收集后檢測COD。pH分別為6.0、7.0、8.0、9.0時(shí)，依次進(jìn)行電解試驗(yàn)，電解過程中滴加氫氧化鈉溶液維持pH在6.0、7.0、8.0、9.0，電解反應(yīng)60 min后，停止電解試驗(yàn)。加入PAM溶液進(jìn)行絮凝沉淀，絮凝結(jié)束后使用漏斗進(jìn)行過濾，濾液收集后檢測COD。

分別檢測不同pH下電解試驗(yàn)的濾液COD，然后計(jì)算COD去除率。電流為10.0 A，電壓為5.00 V，電解時(shí)間為60 min時(shí)，COD去除率隨pH的變化如圖1所示。圖1顯示，當(dāng)溶液pH在5.0～8.0時(shí)，pH升高有利于·OH產(chǎn)生，·OH的活性也得到增強(qiáng)，同時(shí)電解過程中會有少量氯氧化物產(chǎn)生，增加有機(jī)物的去除效果，所以COD去除率隨pH的升高而升高。當(dāng)溶液pH在8.0～9.0時(shí)，pH升高會抑制·OH的產(chǎn)生，也會消耗電解產(chǎn)生的氯氧化物，因此COD去除率隨pH的升高而下降。當(dāng)溶液pH為8.0時(shí)，COD去除率最高，達(dá)到80.51%，所以確定合適的pH為8.0。

2.2 反應(yīng)時(shí)間的條件試驗(yàn)

取1 L配制好的試驗(yàn)廢水置于玻璃缸中，加入硫酸調(diào)節(jié)pH至8.0，放入陽電極、陰電極，兩電極接頭分置兩端，接頭距離為15 cm。陽極接入直流穩(wěn)壓電源正極，陰極接入直流穩(wěn)壓電源負(fù)極，打開電源，調(diào)節(jié)電流至10.0 A，電壓為5.00 V。在電解過程中，滴加氫氧化鈉溶液維持pH在8.0，電解反應(yīng)40 min后，停止電解試驗(yàn)。加入PAM溶液進(jìn)行絮凝沉淀，絮凝結(jié)束后使用漏斗進(jìn)行過濾，濾液收集后檢測COD。電解時(shí)間為50 min、60 min、70 min、80 min時(shí)，依次進(jìn)行電解試驗(yàn)，電解試驗(yàn)結(jié)束后分別加入PAM溶液進(jìn)行絮凝沉淀，絮凝結(jié)束后使用漏斗進(jìn)行過濾，濾液收集后檢測COD。

分別檢測不同反應(yīng)時(shí)間下電解試驗(yàn)的濾液COD，然后計(jì)算COD去除率。溶液pH為8.0，電流為10.0 A，電壓為5.00 V時(shí)，COD去除率隨反應(yīng)時(shí)間的變化如圖2所示。圖2顯示，當(dāng)電解反應(yīng)時(shí)間為40～60 min時(shí)，延長電解反應(yīng)時(shí)間，陽極可以產(chǎn)生足夠的·OH來氧化溶液中的有機(jī)物，所以，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，COD去除率隨電解反應(yīng)時(shí)間的延長而升高。當(dāng)電解反應(yīng)時(shí)間為60～80 min時(shí)，繼續(xù)延長電解反應(yīng)時(shí)間，·OH的產(chǎn)生量不會再增加。·OH不能將溶液中的有機(jī)物完全氧化成CO2和H2O，而是將部分大分子有機(jī)物氧化分解成小分子有機(jī)物，所以COD去除率隨電解時(shí)間的延長而不再升高，近乎呈直線，繼續(xù)延長反應(yīng)時(shí)間會造成資源浪費(fèi)。當(dāng)電解反應(yīng)時(shí)間為60 min時(shí)，COD去除率可以超過80%。綜合考慮，確定合適的電解反應(yīng)時(shí)間為60 min。

2.3 電流的條件試驗(yàn)

取1 L配制好的試驗(yàn)廢水置于玻璃缸中，加入硫酸調(diào)節(jié)pH至8.0，放入陽電極、陰電極，兩電極接頭分置兩端，接頭距離為15 cm。陽極接入直流穩(wěn)壓電源正極，陰極接入直流穩(wěn)壓電源負(fù)極，打開電源，調(diào)節(jié)電流至7.0 A，電壓為5.00 V。在電解過程中，滴加氫氧化鈉溶液維持pH在8.0，電解60 min后，停止電解試驗(yàn)。加入PAM溶液進(jìn)行絮凝沉淀，絮凝結(jié)束后使用漏斗進(jìn)行過濾，濾液收集后檢測COD。電流分別為8.0 A、9.0 A、10.0 A、11.0 A時(shí)，依次進(jìn)行電解試驗(yàn)，電解試驗(yàn)結(jié)束后分別加入PAM溶液進(jìn)行絮凝沉淀，絮凝結(jié)束后使用漏斗進(jìn)行過濾，濾液收集后檢測COD。

分別檢測不同電流下電解試驗(yàn)的濾液COD，然后計(jì)算COD去除率。溶液pH為8.0，電壓為5.00 V，反應(yīng)時(shí)間為60 min時(shí)，COD去除率隨電流的變化如圖3所示。圖3顯示，當(dāng)電流為7.0～10.0 A時(shí)，增大電流，電解過程中，陽極會產(chǎn)生更多的·OH來氧化溶液中的有機(jī)物，COD去除率隨電流的增大而升高。當(dāng)電流為10.0～12.0 A時(shí)，繼續(xù)增大電流，電解過程中產(chǎn)生的·OH增加有限，COD去除率隨電流的增大而不再升高。當(dāng)電流為10.0 A時(shí)，COD去除率可以超過80%，綜合考慮，確定合適的電流為10.0 A。

2.4 電壓的條件試驗(yàn)

取1 L配制好的試驗(yàn)廢水置于玻璃缸中，加入硫酸調(diào)節(jié)pH至8.0，放入陽電極、陰電極，兩電極接頭分置兩端，接頭距離為15 cm。陽極接入直流穩(wěn)壓電源正極，陰極接入直流穩(wěn)壓電源負(fù)極，打開電源，調(diào)節(jié)電流至10.0 A，電壓為3.00 V。在電解過程中，滴加氫氧化鈉溶液維持pH在8.0，電解60 min后，停止電解試驗(yàn)。加入PAM溶液進(jìn)行絮凝沉淀，絮凝結(jié)束后使用漏斗進(jìn)行過濾，濾液收集后檢測COD。電壓分別為4.00 V、5.00 V、6.00 V、7.00 V時(shí)，依次進(jìn)行電解試驗(yàn)，電解結(jié)束后分別加入PAM溶液進(jìn)行絮凝沉淀，絮凝結(jié)束后使用漏斗進(jìn)行過濾，濾液收集后檢測COD。

分別檢測不同電壓下電解試驗(yàn)的濾液COD，然后計(jì)算COD去除率。溶液pH為8.0，電流為10.0 A，

反應(yīng)時(shí)間為60 min時(shí)，COD去除率隨電壓的變化如圖4所示。圖4顯示，當(dāng)電壓為3.00～5.00 V時(shí)，增大電壓，電解過程中，陽極產(chǎn)生的·OH逐漸增加，COD去除率隨電壓的增大而升高。當(dāng)電壓為5.00～7.00 V時(shí)，繼續(xù)增大電壓，電解過程中，陽極產(chǎn)生的·OH反而減少，COD去除率隨電壓的增大而下降。當(dāng)電壓為5.00 V時(shí)，COD去除率最高，達(dá)到80.59%，所以確定合適的電壓為5.00 V。

3 結(jié)論

本文使用電解法降解廢水中的有機(jī)物，用二氧化鉛析氧電極作為陽電極，研究pH、電解時(shí)間、電流和電壓對COD去除率的影響。經(jīng)試驗(yàn)確定，溶液pH為8.0，電流為10.0 A，電壓為5.00 V，反應(yīng)時(shí)間為60 min時(shí)，使用電解法降解廢水中的有機(jī)物，COD去除率可以超過80%。

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