電化學(xué)法及其在印染廢水處理中的應(yīng)用

1、第25卷第6期上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)Vol .25,No .62009年12月Journal of Shanghai U niversity of E lectric Pow erDec .2009文章編號(hào):1006-4729(200906-0599-04電化學(xué)法及其在印染廢水處理中的應(yīng)用收稿日期:2009-07-06zhangyy .86.張艷艷,周笑綠,譚小文,花蓉(上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院,上海200090摘要:電化學(xué)法作為一種簡單有效、無二次污染的方法已在廢水處理中嶄露頭角.由電化學(xué)法處理廢水的原理及分類入手,著重闡述了電化學(xué)法用于處理印染廢水的研究及其應(yīng)用現(xiàn)狀,指出了電化學(xué)法的發(fā)展趨

2、勢.關(guān)鍵詞:電化學(xué)氧化;印染廢水;廢水處理中圖分類號(hào):O657.1;X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AElectroche m i calM ethods Appli ed toDyei n g Wastewater Treat mentZHANG Yan 2yan,Z HOU Xiao 2lv,T AN Xiao 2wen,HUA Rong(School of Ther m al Po wer &Environ m ental Engineering,Shanghai Universityof Electric Po wer ,Shanghai 200090,China Abstract :El

3、ectr oche m ical method,as a si m p le and effective way without secondary polluti on,has begun t o e merge in waste water treat m ent .The p rinci p les and classificati on of electr oche m ical method are first described,and the research and app licati on status of the electr oche m ical method ap

4、p lied t o the dyeing waste water treat m ent are studied,with focus on the devel opment trend of electr oche m ical methods .Key words :electr oche m ical oxidati on;dyeing waste water;waste water treat m ent紡織印染行業(yè)是廢水排放大戶,居我國各工業(yè)廢水排放的前5位.紡織印染廢水不僅排放量大,而且色度深,有機(jī)污染物含量高,屬難處理的工業(yè)廢水.近年來,由于新化學(xué)纖維織物的發(fā)展和印染后整理技術(shù)

5、的進(jìn)步,使P VA 料、油劑酸、新型助劑等難生化降解有機(jī)物大量進(jìn)入印染廢水,其COD 濃度也由4001000mg/L 上升到20003000mg /L1,從而使原有生物處理系統(tǒng)的COD去除率從70%下降至50%左右,甚至更低,傳統(tǒng)的生物處理工藝受到了嚴(yán)重挑戰(zhàn).因此,一些新型的印染廢水處理技術(shù)的研究和開發(fā)嶄露頭角.電化學(xué)氧化法是近年發(fā)展起來的新型廢水處理技術(shù),它在處理難生物降解有機(jī)廢水方面具有較明顯的優(yōu)勢,具有設(shè)備小、操作簡便、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、運(yùn)行管理方便、便于聯(lián)合使用、COD 去除率高、脫色效果好等優(yōu)點(diǎn),是一種有效的處理技術(shù),已成為印染廢水處理的一種有效工藝2.1電化學(xué)法原理電化學(xué)法是指在外加電

6、場的作用下,在電化學(xué)反應(yīng)器中,通過控制電壓或電流等條件,發(fā)生電化學(xué)過程或電化學(xué)反應(yīng),從而使污染物降解去除的方法.與其他水處理方法相比,電化學(xué)法具有多功能、靈活性、易于控制、無污染或少污染等優(yōu)點(diǎn),被稱為“環(huán)境友好技術(shù)”.電化學(xué)法用于水處理的基本原理是使污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應(yīng)或間接電化學(xué)轉(zhuǎn)化.按原理可以分為兩種,即直接電解和間接電解.2,O2-等自由基,它們可以氧化降解污染物.2電化學(xué)廢水處理技術(shù)電化學(xué)廢水處理技術(shù)主要包括電凝聚氣浮法、微電解法、電化學(xué)氧化法、電滲析法、電吸附法5種.它們的基本原理及研究應(yīng)用情況如下325.(1電凝聚氣浮法采用可溶性陽極(Fe,A l 等,生成Fe2+,F

7、e3+,A13+等大量陽離子,通過絮凝生成Fe(OH2,Fe(OH3,A l(OH3等沉淀物,以去除水中的污染物.同時(shí),陰極上產(chǎn)生大量的氫氣微氣泡,陽極上產(chǎn)生大量的氧氣微氣泡,與絮凝污物一起上浮并從廢水中除去.(2微電解法又稱為內(nèi)電解法,是基于電化學(xué)反應(yīng)的氧化還原、電池反應(yīng)產(chǎn)物的絮凝、鐵屑對絮體的電富集、新生絮體的吸附,以及床層過濾的綜合作用.微電解法以鐵屑和炭構(gòu)成原電池,污染物在正、負(fù)極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng),加上原電池自身的電富集、物理吸附及絮凝等作用,達(dá)到去除污染物的目的.微電解法不消耗能源,處理費(fèi)用低,使用的鐵屑多來自切削工業(yè)的廢料,具有以廢治廢的意義.微電解技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用可分為兩個(gè)方

8、面:一是單獨(dú)作為一種處理方法氧化有機(jī)廢水;二是與其他方法聯(lián)用,如Fent on法、混凝法、生物法等.(3電化學(xué)氧化分為直接氧化和間接氧化兩種,屬于陽極過程.對于陽極直接氧化而言,如反應(yīng)物濃度過低,會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)表面反應(yīng)受傳質(zhì)步驟限制;對間接氧化,則不存在這種限制.在直接或間接氧化過程中,一般都伴有析出H2或O2的副反應(yīng),但通過電極材料的選擇和電勢控制可使副反應(yīng)得到抑制.(4電滲析(E D技術(shù)它是膜分離技術(shù)的一種,是將陰、陽離子交換膜交錯(cuò)排列在正負(fù)電極之間,并用特制的隔板將其隔開,組成除鹽(淡化和濃縮兩個(gè)系統(tǒng),在直流電場作用下,以電位差為推動(dòng)力,利用離子交換膜的選擇透過性,將電解質(zhì)從溶液中分離出來

9、,從而實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純.(5電吸附技術(shù)它是吸附劑吸附作用與電化學(xué)作用再生吸附劑的聯(lián)合技術(shù),也是吸附劑吸附與脫附的動(dòng)態(tài)過程.電吸附技術(shù)尚未廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中,但已日益受到研究人員的重視.研究表明,電吸附一方面可以增加活性炭等吸附劑的吸附容量,另一方面可以減少化學(xué)再生或熱再生可能產(chǎn)生的二次污染.電吸附的優(yōu)勢在于:可吸附去除難生物降解的有機(jī)物質(zhì);凈化程度好,可用于處理稀溶液體系;能耗小,操作成本低.3電化學(xué)法應(yīng)用于印染廢水處理電化學(xué)法用于印染廢水處理,主要考慮的因素有電極材料、廢水pH值、溫度、電壓、電解時(shí)間等,還包括一些電化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及運(yùn)行.從目前的研究來看,很多方法都表明電

10、化學(xué)法在處理難生物降解物質(zhì)方面有很大的優(yōu)勢.黃理輝等6用催化鐵內(nèi)電解法處理印染廢水,反應(yīng)器停留時(shí)間應(yīng)不低于5h,可生化性明顯提高,色度去除率高,經(jīng)過生物處理后,色度和有機(jī)物的去除率分別為81.5%和75%,磷酸鹽去除率為97%,出水總鐵濃度小于0.5mg/L.用該法預(yù)處理印染廢水,當(dāng)進(jìn)水略酸或呈中性時(shí),處理過程pH值升高,進(jìn)水為堿性時(shí)(pH=7.59.0,處理過程中pH值呈下降趨勢.進(jìn)水為酸性時(shí)的006上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)2009年反應(yīng)速率明顯高于進(jìn)水為堿性時(shí)的反應(yīng)速率.5袁慧慧等9利用電化學(xué)轉(zhuǎn)盤法處理活性艷紅X23B廢水,考察了電解槽電壓、電化學(xué)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、廢水pH值、電解時(shí)間、電導(dǎo)率等因素對廢水

11、色度、總有機(jī)碳(T OC去除率的影響.在廢水pH 值為6,電解槽電壓17V,電化學(xué)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速70r/ m in,電導(dǎo)率1500s/c m,電解時(shí)間60m in的條件下,廢水色度和T OC去除率分別達(dá)到98.2%和57.2%.通過對活性艷紅X23B紫外2可見吸收光譜和活性艷紅X23B的降解機(jī)理的分析后發(fā)現(xiàn),電化學(xué)轉(zhuǎn)盤法不僅可以破壞活性艷紅X23B的發(fā)色基團(tuán),而且可進(jìn)一步打開一些比較難降解的基團(tuán),并將其降解成小分子產(chǎn)物.XU Hao,Y AN W ei等10研究了電化學(xué)氧化偶氮染料的廢水脫色問題,主要成分為酸性紅G (52乙酰242羥基23苯,萘22,72二磷酸鈉,使用石墨電極,硫酸鈉溶液作為電解質(zhì)

12、溶液,在電壓為5V,電解時(shí)間6h時(shí),500mg/L的廢水脫色率可達(dá)到97.98%,2000mg/L的廢水脫色率有所下降,達(dá)到61.48%.另外,他們還發(fā)現(xiàn),電解質(zhì)溶液的濃度從0.01mol/L增加到0.2mol/L后,脫色率并沒有明顯的增加.張斌等11研究三維電極對模擬印染廢水的處理.在實(shí)驗(yàn)中,選用涂膜活性炭作為填充粒子,以醋酸纖維素作為涂膜材料,復(fù)極性槽選用的電壓為20V.通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),三維電極對色度的去除率為87.50%,對CODCr的去除率為77.03%. 4電化學(xué)法與其他方法聯(lián)用單一使用電化學(xué)方法處理廢水可以達(dá)到很好的效果,但是能耗比較高,因此可考慮把電化學(xué)方法與其他廢水處理技術(shù)聯(lián)用.

13、另外,電化學(xué)方法有設(shè)備簡單、控制靈活、易與其他技術(shù)聯(lián)合使用的特點(diǎn),可以達(dá)到提高處理效果、降低能耗的目的.目前,電化學(xué)與超聲波、光化學(xué)氧化以及生物法等均有較好的聯(lián)合使用.劉靜等12將超聲波與電化學(xué)聯(lián)合起來,對染料廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并探討槽電壓、初始濃度、pH值等對其脫色效率的影響.在各種條件下與微電場單獨(dú)作用下的效果對比表明,超聲波與微電場的協(xié)同作用大大提高了脫色率,色度去除率可達(dá)96.6%.以自制的聲電聯(lián)用裝置處理苯酚、十二烷基苯碘酸鈉、鄰苯二甲酸氫鉀3種有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)證明,其處理機(jī)理為在電催化過程中生成H2O2,并迅速產(chǎn)生羥基自由基對水中有機(jī)物進(jìn)行強(qiáng)氧化,采用聲電聯(lián)合技術(shù)處理有機(jī)物比單獨(dú)的電化學(xué)去

14、除率高10%20%.在光電結(jié)合方面,安太成等13在Ti O2光催化劑和電催化劑同時(shí)存在下,聯(lián)合多相三維電極技術(shù)與光催化技術(shù),對直接湖藍(lán)5213水溶液進(jìn)行了電助光催化降解.研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)光電催化降解,其大環(huán)結(jié)構(gòu)可迅速破壞,顏色迅速褪去,色度去除率高達(dá)96.8%,COD去除率可達(dá)66.7%.吳合進(jìn)等14也利用Ti O2光催化劑構(gòu)成的光電聯(lián)合三維電極處理苯酚廢水,聯(lián)合使用時(shí)的去除率可達(dá)82.8%,遠(yuǎn)大于單獨(dú)的光降解和電化學(xué)氧化作用,并且證明了增效作用來源于電解水提供光催化所需的高活性氧源.5結(jié)束語電化學(xué)法用于印染廢水處理有著良好的應(yīng)用106張艷艷,等:電化學(xué)法及其在印染廢水處理中的應(yīng)用前景,目前已開展

15、了一定的研究和推廣應(yīng)用,但在電極材料及能耗方面仍然受到一定的限制.尋求一種腐蝕小、效率高、能耗低的電極或電化學(xué)反應(yīng)器,將是推動(dòng)電化學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵,對印染廢水的處理有極其重要的意義.參考文獻(xiàn):1區(qū)堯萬,陳欣義,陳彬.電化學(xué)水處理技術(shù)的研究與應(yīng)用J.廣東化工,2008,35(7:1042107.2王靜,馮玉杰,崔玉虹.電化學(xué)水處理技術(shù)的研究應(yīng)用進(jìn)展J.環(huán)境保護(hù),2003,12:19222.3林海波,伍振毅,黃衛(wèi)民.工業(yè)廢水電化學(xué)處理技術(shù)的進(jìn)展及其發(fā)展方向J.化工進(jìn)展,2008,27(2:2232230. 4熊道陵,林俊.印染廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展J.江西化工,2007,(4:51253.5楊

16、少斌,費(fèi)學(xué)寧,張建博.工業(yè)廢水處理技術(shù)的進(jìn)展及其發(fā)展方向J.廣東化工,2008,35(2:66269.6黃理輝,馬魯銘,畢學(xué)軍.催化鐵內(nèi)電解法處理印染廢水試驗(yàn)J.水處理技術(shù),2006,32(4:56259.7嚴(yán)濱,傅海燕,柴天.微電解在處理印染廢水中的應(yīng)用研究J.廈門理工學(xué)院學(xué)報(bào),2008,12(1:18222.8劉占孟,聶發(fā)輝,李敬.高濃度染料中間體廢水濕式電化學(xué)處理研究J.工業(yè)水處理,2006,26(6:14216.9袁慧慧,鐘登杰,方寧.電化學(xué)轉(zhuǎn)盤法處理活性艷紅X23B廢水J.化工環(huán)保,2006,26(5:3702373.10XU Hao,Y AN W ei.Decol orizati

17、on of az o dyes waste water byelectr oche m ical oxidati onC/I EEE Envir onmental Pr otectand Public Health,2009:14216.11張斌,劉井軍,車玉泉.三維電極法處理印染廢水的實(shí)驗(yàn)研究J.吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào),2005,22(4:19221. 12劉靜,謝英,卞華松.超聲電化學(xué)法處理印染廢水的實(shí)驗(yàn)研究J.上海環(huán)境科學(xué),2001,20(3:1512152.13安太成,何春,朱錫海,等.三維電極電助光催化直接降解湖藍(lán)水溶液的研究J.催化學(xué)報(bào),2001,2(2:1932197. 14吳合進(jìn).吳

18、鳴,謝茂松,等.增強(qiáng)型電場協(xié)助光催化降解有機(jī)污染物的初步研究J.分子催化,2000,14(4:2412242.(上接第592頁行的基礎(chǔ).強(qiáng)風(fēng)暴作用下,電網(wǎng)倒塔事故安全風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和評估對預(yù)防停電事故的發(fā)生具有重要意義.為解決基本事件發(fā)生概率的不確定性,本文將基于模糊數(shù)學(xué)的故障樹理論引入電網(wǎng)輸電線路倒塔事故安全風(fēng)險(xiǎn)分析中,把基本事件的發(fā)生概率當(dāng)作模糊數(shù)進(jìn)行處理,同時(shí)求得表示頂事件發(fā)生概率的模糊數(shù)和隸屬函數(shù)的分布.華東電網(wǎng)倒塔事故實(shí)例的安全風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算雖然是以颮線風(fēng)災(zāi)害為基礎(chǔ)的,但由于采用的基本事件是塔體建設(shè)各個(gè)部分的集成,而且模糊故障樹分析方法是在模糊數(shù)學(xué)和故障樹理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,對多種災(zāi)害致電網(wǎng)倒塔事故安全風(fēng)險(xiǎn)分析和評估同樣具有參考價(jià)值和一定的使用價(jià)值.參考文獻(xiàn):1謝強(qiáng),張勇,李杰.華東電網(wǎng)500kV任上5237線颮線風(fēng)致倒塔事故調(diào)查分析J.電網(wǎng)技術(shù),2006,(10:59263. 2郭劍波.“八五”期間我國電網(wǎng)穩(wěn)定事故統(tǒng)計(jì)分析J.電網(wǎng)技術(shù),1998,22(2:72274.3胡超凡,陳剛,趙玉柱.2004年國家電網(wǎng)安全運(yùn)行情況分析J.中國電力,2005,38(5:9212.4周宗發(fā),艾欣,鄧慧瓊,等.基于故障樹和模糊推理的電網(wǎng)連鎖故障分析方法J.電網(wǎng)技術(shù),2006,30(8:86291. 5HAD I PR I O NO F C.Fuzzy fault tree