石墨极板电解气浮法的脱色效果

张林生1，蒋岚岚1，肖璐宁1，钱 萍2?
(1.东南大学环境工程系，江苏南京 210096；2.江苏一环环保设计研究院，江苏宜兴 214262)

　　摘　要：提出了石墨电极电解气浮脱色的处理工艺，研究了电导率、电解质的投加量、电通量等电解条件对废水处理效果的影响，确定了最佳的工艺条件及操作参数，研究结果表明，该法脱色效果好，操作适应性强。
　　关键词：染色废水；石墨极板电解气浮；脱色
　　中图分类号：X505
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)04-0075-03

　　染色废水的色度高、可生化性差，用常规的方法处理则脱色效果较差，而活性炭吸附、臭氧或Fenton氧化法虽有较好的脱色效果，但处理费用高。腐蚀性阳极(Al、Fe)电解法处理染色废水在工程上虽已有应用，但其主导作用是电絮凝，因而其脱色率尚不令人满意。因此，研究以不溶性电极材料——石墨为极板的电解气浮工艺，寻找一种经济、合理、高效的染色废水脱色方法就很有必要。采用石墨电极的主要优点有：①电解时产生的新生态［O］、［Cl］等强氧化剂可以破坏染料分子的发色基团，脱色效果好；②电流效率高，潜在处理能力大；③电极钝化弱，超电压低、耗电少；④电解时对废水的pH值适用范围宽；⑤电极不易腐蚀、操作条件好；⑥电极机械性能好、价格便宜。?

1 　试验装置

　　试验装置见图1。?

　　该装置用有机玻璃制成，尺寸为160mm×700mm。电极为石墨电极，由6片(8cm×5cm×1cm)石墨板组成，板间距为7mm，安装位置距池底为6mm。电极与导线连接处采用环氧树脂胶密封以防其他副反应发生。

2 　试验结果及分析

　　试验废水采用人工配水(将弱酸艳红B、活性艳橙X—GN、直接枣红GB和中性黑BL混合，其浓度为20mg/L，pH＝7.76，最大吸光波长λ＝545nm)，其色度采用分光光度法(低浓度时)及稀释倍数法(高浓度时)测定。?
2.1 电解质投量与废水电导率、脱色率的关系
　　电解质的投加量与废水电导率的关系见图2。?

　　根据实测数据可求得电导率K与盐浓度c的关系：?
?　　　　　　K＝K0+kc　　　　　(1)?
　　式中 ?K——废水的电导率，mS/cm?
?　　　　 K₀——原水的电导率，mS/cm?
?　　　　 c——盐(Na₂SO₄)浓度，g/L?
　　　　　?k——比例系数，1.293 mS·L/(g·cm)?
　　电解质投加量与废水脱色率的关系见图3。(试验废水同前，电解电流I＝5 A)

　　当水中电解质含量不足时，电解质的加入会增大电导率，从而降低电耗，提高电解效率。但随着投加量的增大，脱色率提高渐缓直至下降，过多的电解质会抑制电极反应。从图3中还可看出，投加定量的电解质，废水脱色率随时间的增加而增加，这一点与法拉第 定律相符合。?
2.2 电导率对电耗的影响
　　通过投加不同含量的电解质(Na₂SO₄)来调节电导率以研究电流与电压之间的关系，从而确定电导率与槽电压及电耗之间的关系。电流、电压用DT—8300型数字式万用表测量，电导率用DDS—11A型指针式电导率仪测定，电极常数为1.02。试验结果见图4。

　　理论上槽电压?
?　　　　　V＝Ed+ηA-(-ηc)+IR₁+IR₂　　　　(2)?
　　式中 ?E_d——理论分解电压?
?　　　　η_A——阳极过电位?
　　　　　η_c——阴极过电位?
　　　　? IR₁——溶液压降?
　　　　? IR₂——金属导体压降
　　上述各项中，除Ed外均为电流强度I的函数。过电位与电流强度近似直线关系，式(1)可表示为：V＝a+bI(a，b为常数)。?
　　试验结果表明，对于任一电导率，电流与槽电压均为线性关系。对电流和槽电压作线性回归分析得相关系数r均在0.996以上，a值均为2.37左右，则槽电压可以写成：?
?　　　　V＝2.37+bI＝V₀+bI
　　再经转换可得槽电压
?　　　　V＝V0+1／K·l／A·l ＝2.37+12.28·1／K?
　　式中 ?l/A——电导池常数，m^-1?
　　　　　　V₀——表观分解电压，V
　　　　　　I——电流强度，A
该电解气浮池消耗功率可以写为：
?　　　　　N＝I·V＝I(V₀+1／K·l／A·I)＝I(2.37+12.28／K）I)　　　　(3)?
　　 由式(3)可知，电解气浮池的消耗功率N为电流I的二次函数，并与电导率成反比关系。若增加电导率(即增加电解质投加量)可降低电耗，但会增加药耗。由于染料废水含盐量较高，电导率K通常可达4mS/cm以上，因此在采用电解气浮法处理时一般无需投加电解质。这也正是电解气浮法处理染色废水的优势。
2.3 电通量对脱色率的影响
　　试验废水取自南京某印染厂，其色度为700倍。pH＝6.5、最大吸光波长λ＝450nm。 电解电流分别取0.5、1、2、3、4、5A，每隔一定时间取样一次，采用721分光光度计测吸 光度并计算出脱色率。电流与通电时间的乘积为电通量，可得电通量与脱色率的关系如图5所示。

　　由图5可知，在不同的电解电流下废水的脱色率均与电通量成正比例关系。这说明电解产生的中间粒子对染料分子的氧化作用可使废水脱色。但随着电流强度的加大和电解时间的增加，脱色率接近定值。当废水电导率为4mS/cm(工作电压为5V，电流为1A)，通电40min，电通量2400C，水样体积为8L时，废水脱色率可达58.5%，此时能耗为0.4(kW·h)/m³。由图5还可看出，同样电通量时，高电流(相应地时间短)的脱色率较差，这是由于多余的电通量仅用于废水增温而对脱色无益。而在电通量一定时，低电流、长时间可取得较高的脱色效率。

3 　结论

　　① 石墨电极电解气浮法对染色废水具有明显的脱色效果，并可同时完成气浮分离作用。某印染废水(色度为700倍)在电通量为2 400C时的脱色率可达58.5%，此时电耗为0.4(kW·h)/m³。
　　② 电导率是影响槽电压从而直接影响电解气浮法电耗的重要参数。若废水电导率增加，则电解气浮电耗减少，从而可节省能量。
　　③ 电导率值可通过改变电解质的投加量来加以调节，适宜的电解质浓度可提高电导率，降低电耗；而过量的电解质则会抑制电极反应，降低脱色率。通常实际染色废水含盐量大，电导率可达4mS/cm以上。此时无需投加电解质，这正是电解气浮法具有工程应用价值的重要条件。
　　④ 电解脱色率与电通量成正比。当电通量大于极限电通量(脱色率接近定值时的电通量)时，脱色率不能提高。而电通量一定时，低电流、长时间可获得较好的脱色率。

参考文献：

　　 ［1］张林生，B Dobias.染料废水综合混凝—电气浮脱色处理［J］.给水排水，1 993，(6)：22-26.
［2］张林生，H Hahn.铂电极电解气浮的研究［J］.中国给水排水，1993，9(6)：4-9.
［3］Jurgen Manger,Linsheng Zhang,Hermann H Hahn.Liquid-solid separatio n by electra-flotation:an attractiva alternation to dissolved air-flotation［J］ .Chemical Water and Wastewater Treatment,1990,151-169.

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　　收稿日期：2001-07-05