電浮選凝聚法污水處理的改進(jìn)

1、“污水處理-電浮選凝聚法”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)吳星*呂琳謝蘇晉(揚(yáng)州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院江蘇楊州225002)摘要人教版高中實(shí)驗(yàn)化學(xué)教材中“污水處理電浮選凝聚法”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)后,污水的凝聚效果會(huì)更理想。改進(jìn)的方法是:(1)在污水中加入適量的電解質(zhì)溶液;(2)用鐵片和碳棒為陽(yáng)極,鋁片為陰極的三電極電解裝置電解;(3)在電解的過(guò)程中同時(shí)攪拌。關(guān)鍵詞污水處理電浮選凝聚法三電極電解裝置鐵片鋁片1  存在的問(wèn)題人民教育出版社出版的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)實(shí)驗(yàn)化學(xué)1中安排了“污水處理-電浮選凝聚法”的實(shí)驗(yàn)。 圖1雙電極電解污水裝置實(shí)驗(yàn)操作步驟如下:在100 mL燒杯中加入80mL污水,

2、調(diào)節(jié)pH至56,平行懸置2個(gè)電極(鋁片作陰極,鐵片作陽(yáng)極)接通直流電源(電壓69 V),調(diào)節(jié)電流,使電極上有氣泡持續(xù)生成,電解一段時(shí)間后,污水表面逐漸形成一層浮渣,而在燒杯底部也積聚一層沉渣,中間層則為澄清的水。教材中分析該實(shí)驗(yàn)的基本原理是:陽(yáng)極:Fe-2e-=Fe2+2H2O-4e-=O2+4H+4Fe2+10H2O+O2通電4Fe(OH)3+8H+陰極:2H+2e-=H2該實(shí)驗(yàn)較好地體現(xiàn)了化學(xué)應(yīng)用于生產(chǎn)生活實(shí)際的思想和綠色化學(xué)的理念,在實(shí)際生產(chǎn)中電浮選凝聚法處理污水也是常用的方法之一2。但我們?cè)趯?shí)驗(yàn)探究時(shí)發(fā)現(xiàn),該實(shí)驗(yàn)的效果并不十分理想,主要存在下列問(wèn)題:(1)電解所需直流電壓大,中學(xué)如果不

3、具備直流穩(wěn)壓電源一般無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(2)不同污水電解時(shí),電流調(diào)節(jié)比較困難。(3)電解產(chǎn)生的Fe(OH)2只有少量轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3膠體,凝聚效果不理想。2實(shí)驗(yàn)改進(jìn)以鐵片為陽(yáng)極電浮選凝聚法處理生活污水的基本原理是通過(guò)電解使鐵轉(zhuǎn)化為離子進(jìn)入溶液,隨著電解過(guò)程中H2的析出,溶液的pH上升,Fe2+轉(zhuǎn)化成Fe(OH)2,Fe(OH)2進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3膠體,從而達(dá)到浮選凝聚凈水的目的。為使實(shí)驗(yàn)效果更為理想,該實(shí)驗(yàn)做如下改進(jìn):(1)在污水中加入適量的氯化鈉或硫酸鈉以提高污水的導(dǎo)電能力;(2)采用“三電極”電解裝置(鋁片為陰極,石墨和鐵片同時(shí)為陽(yáng)極,實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示),使電解時(shí)產(chǎn)生氧氣或氯氣,

4、提高Fe(OH)2進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3膠體的效率,從而提高凈化污水的效果。 圖2三電極電解污水裝置2.1實(shí)驗(yàn)原理以鋁片為陰極,石墨和鐵片同時(shí)為陽(yáng)極,電解含有氯化鈉或硫酸鈉的生活污水,發(fā)生的電極反應(yīng)為:陰極(鋁片):2H+2e-=H2陽(yáng)極(鐵片):Fe-2e-=Fe2+陽(yáng)極(石墨):4OH-4e-=O2+2H2O(污水中含有硫酸鈉)或2Cl-2e-=Cl2(污水中含有氯化鈉)電解含有氯化鈉溶液的污水時(shí),發(fā)生下列反應(yīng):2Fe+4H2O通電2Fe(OH)2+2H22Cl-+2H2O通電Cl2+H2+2OH-2Fe(OH)2+Cl2+2OH-=2Fe(OH)3(膠體)+2Cl-電解含有

5、硫酸鈉溶液的污水時(shí),發(fā)生下列反應(yīng):2Fe+4H2O通電2Fe(OH)2+2H22H2O通電O2+2H24Fe(OH)2+O2+2H2O = 4Fe(OH)3(膠體)2.2實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果按下列實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn):(1)量取100 mL污水于小燒杯中,加入10 mL電解質(zhì)溶液,用酸度計(jì)測(cè)定污水的pH。(2)連接好電解裝置(雙電極電解法如圖1,三電極電解法如圖2),在一定的電壓下電解,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,測(cè)定電解過(guò)程中污水的pH變化。在不同的條件下,電解污水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)于表1中。表1電浮選凝聚法處理生活污水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 從表1可以發(fā)現(xiàn),用雙電極法電解污水時(shí),如果不加電解質(zhì)溶液,由于污水中電解質(zhì)濃度太低,即使在較大電壓下電解,由于溶液的電阻大,電解效果也不理想;在污水中加入電解質(zhì)溶液后,用雙電極電解時(shí),陽(yáng)極上主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是:Fe-2e-Fe2+,產(chǎn)生的氧氣很少,除污水表面可觀察到少量Fe(OH)3生成外,污水中主要生成Fe(OH)2,污水凝聚效果不好;在污水中加入電解質(zhì)溶液后,用三電極電解,由于陽(yáng)極碳棒上生成了氯氣(加氯化鈉為電解質(zhì))或氧氣(加硫酸鈉為電解質(zhì)),污水中Fe(OH)3生成的速度快,污水凝聚效果好,如果在電解過(guò)程中同時(shí)攪拌,污水凝聚效果會(huì)更理想。3結(jié)論人教版高中實(shí)驗(yàn)化學(xué)教材中“污水處理-電浮選凝聚法”的實(shí)