电解法处理印染废水的研究_secret.doc

电解法处理印染废水的研究摘 要 利用自制电解装置，以铁电极为阳极，铜电解为阴极对印染废水进行电解。在外电压的作用下，利用可溶性阳极铁产生大量的阳离子对胶体废水进行凝聚，同时在阴极上析出大量的氢气泡与絮粒粘附在一起上浮，电解过程中生成的羟基自由基对有机染料进行降解脱色反应。目前国内外对电解法处理印染废水进行了大量的研究，概括了电解过程中污染物去除的四种机理。既氢氧化铁与絮粒表面的络和作用、化学调整作用和沉淀的上浮作用。电解时是氧化、还原、中和、凝聚、气浮几种化学反应和物理变化的综合作用，使印染废水得到净化。实验结果表明：电化学方法处理印染废水的效果十分明显，废水的脱色率在95%以上。 关键词 染料降解 印染废水 电化学方法 羟基自由基 在21世纪的今天，环境保护和环境污染防治工程日益受到人们重视。染料和印染工业的废水处理一直是个令人捆扰的问题。随着我国印染工业的发展，印染行业已成为工业废水的排放大户。据不完全统计，全国印染废水的排放约为3106 4106m3d.。而在制造过程中染料的损失率约为2%，在印染工业中其损失率约为10%。这类染料废水具有高色度、高含盐量、有机物难生化降解、水质水量随时间变化较大等特点，对环境污染很大，使之成为工业废水治理的难点2。用电化学的方法来处理这类废水，以其设备简单，投资小，占地少等优点而成为近年来研究的热点。电解过程中生成的羟基自由基是一种强氧化剂，具有很高的氧化电位（2.8V），羟基自由基通过引发链反应最终可以将有机物氧化为最简单的分子H2O和CO2，而且Fe(OH)3胶体可以吸附有机物发色基团使之共同沉淀3。实验以紫外可见光谱图表征工业染料废水经电解后的吸光度的变化；以红外光谱分析废水沉淀；用精确pH试纸测定电解前后废水的pH值变化；根据电压、电流及电解时间来核算实验成本。本文基于对其脱色机理和实验工业化的可行性进行了研究，并对电极的选择，电极间的距离，电压的控制，支持电解质的加入量、流量的大小等实验条件的优化选择进行了初步探讨。1、实验部分1.1、试剂： 氯化钠（固体） 精确pH试纸 0.1mol/L KSCN溶液 印染废（淮北印染厂采集 pH=9.5）1.2、仪器： 电解池（自制） WJY45V/2A晶体直流稳压电源 DMS200紫外可见分光光度 浮选池（自制） 傅立叶红外分光光度计1.3、电解装置： 电解装置由图1组成：采用电化学方法处理印染废水，对于电极的选择至关重要。本实验所采用的是将铜电极作为阴极并置于电解池的底部，以铁电极作为阳极置于电解池的上部。电解池共有13对电极组成，电极间的距离为14cm电解时的总电压为15V。 图1、 电解装置 2、降解机理的讨论2.1、实验方法 电解前测定废水pH值，同时作190800nm紫外可见光谱扫描，找出其最大吸收处。在控制电压为15V时每隔20min测定pH值和吸光度，对电解处理后的染料废水进行过滤，再将其干燥，用傅立叶红外分光光度计作红外分析。取少量的过滤后的滤液加入几滴0.1mol/L KSCN溶液出现血红色，说明其中含有Fe3+离子，并去少量经干燥过的沉淀加入0.1mol/L HCl稀释，同样加入几滴0.1mol/L KSCN溶液也出现血红色，可知沉淀中有Fe3+离子。故可以推出发生的电极反应。2.2、电极反应根据实验现象认为可能发生的电极反应如下：阳极（氧化） 2H2O2e2OH. +2H+ OHeOH. (碱性条件下) Fe2eFe2+ Fe3eFe3+ 阴极（还原） 2H2O+2eH2+2OH 当然废水溶液中还存在这样的化学反应： Fe2+2OHFe(OH)2 Fe3+3OHFe(OH)32.3、条件的优化：对于支持电解质的加入的量一般是510g/L。若在电解过程中加入过多的氯化钠则会使反应的电流密度过大，从而消耗过多的电量，反之加入的过少有机物降解的速度太慢且不彻底，影响实验结果。经过多次实验表明电解电压应控制在10V而总电压则在15左右，电极件的距离为15cm左右。流量应控制在0.75dm3/min以下。52.4、反应机理 电解时在废水中加少量的氯化钠固体作为支持电解质。在碱性条件下电解时阳极上的氢氧根失去一个电子可以生成的羟基自由基，是强亲电基团，容易进攻电子云密度较高的环类有机物，使之开环降解而脱色4。同时阳极上生成的Fe3+、Fe2+与OH结合生成Fe(OH)3和Fe(OH)2 胶体对印染废水中的有机物进行吸附，而阴极上还可以生成的对胶体凝聚物有上浮作用的活性氢，使凝聚物漂浮在废水的上面以便于浮选。另一方面由于在电解过程中加入了氯化钠，因此在电解过程中可以生成少量的Cl2、ClO、ClO3等氧化电位很高的物质参与了有机物的降解。3、样品处理结果3.1、 紫外可见吸收光谱分析下表是淮北印染厂废水电解时190600nm波长范围内吸光度的变化。 表1 紫外可见光吸收强度随时间的变化波长（nm） 0min 20min 40min 60min 80min190 3.000 2.045 0.127 0.131 0.020250 3.000 2.096 0.140 0.143 0.120 300 2.250 1.731 0.426 0.426 0.250350 1.255 0.992 0.120 0.123 0.090400 1.090 0.714 0.026 0.022 0.001 450 0.910 0.590 0.015 0.013 0.000 500 0.900 0.427 0.010 0.009 0.000550 0.640 0.303 0.009 0.008 0.001600 0.580 0.242 0.007 0.006 0.000从表中可以看出，排出的废水在190600nm均有吸收。经电解处理80min后300nm以上的吸收强度趋近于零。250nm之前的吸光度减小也在95%以上。电解处理80min后所有可见波长上的吸收均消失，溶液呈无色透明状。从表中还可以看出电解前40min 图2 印染废水电解前后的紫外可见扫描图内吸光度的减小高达90%，后40min变化似乎不大。此时电解液呈棕色，从电解液的颜色可以判定，此时电解池中有大量的Fe(OH)3生成，此后溶液呈深蓝色。许多有机染料的生色基团，列如1，5-萘二胺等在碱性溶液中均会与Fe3+结合生成蓝色大分子的配合物，因此我们可以根据电解池内的颜色变化来推测电解池中发生的化学反应历程。首先应是在羟基自由基的作用下的电化学的降解脱色，其后是氢氧化铁包裹着大分子配合物是共沉积过程。 由上图可知电解处理后的废水在285nm处吸收较大，查阅波谱数据表可知是 的吸收峰6。由此可知 还没有完全去除。3.2、 红外光谱分析 图3 傅立叶红外分光光度计对电解后沉淀的扫描图 我们从图上可以看出在3500cm1处有宽大吸收峰，查阅波谱数据表可知是 五元杂环化合物的特征谱峰位置6。15001600cm1处苯环骨架振动已消失。由此可见苯环（发色基团）在电解过程中被羟基自由基通过链反应氧化破坏降解了。3.3、 pH值随电解时间的变化 实验中溶液pH值随电解时间的变化如表2表2 pH值随电解时间的变化时间（min） 0 20 40 60 80pH值 9.5 9.0 8.0 7.5 7.5由上表可知pH值随着电解时间的增大而降低（从反应机理可以看出），我们还可以看出前40min pH值变化大于后40nin。和我们前面分析相符。3.4、成本的核算能耗直接关系到废水处理的成本，是电化学方法能否付储实际应用的关键。本实验处理了15LpH值为9.5的印染废水。电解时电压为15V，电极上的电流为0.1A，电解池是有13对电极并联而成的故总电流为1.3A。电解时间为80min。通过核算可知每处理一吨印染废水需要1.73度电能。4、结束语 4.1、紫外可见吸收强度分析表明，在电解的前40min吸光度消减在90%以上，其后随着大分子有机物与铁的配合物的生成，及与Fe(OH)3的共沉淀，在可见波段内的吸光度消减可达100%，近紫外波段内吸光度的消减也在95%左右。4.2、IR谱图分析表明，苯环等发色基团在电解过程中被羟基自由基氧化降解，但还存在五元杂环化合物没有降解和Fe(OH)3共沉积下来。 4.3、由废水核算的成本的结果可知，用电化学方法处理1吨印染废水需用1.73度电能。根据工业水电的价格可知，电化学方法处理印染废水是可行的。而且我们还可以改进实验来减低成本。可以改进电源技术，如利用脉冲电源可以降低电能50%1。参考文献 1 王爱民，杨立红等 电化学方法治理含染料废水的现状与进展 工业水处理 200182 杨锦宗 染料的分析与剖析 北京：化学工业出版社， 1991.7043 陈震，陈日耀等 电化学方法生成羟基自由基及其在酸性铬蓝脱色中的应用 环境化学 2001，20（3）：2754 宋卫锋，马前等 电化学催化降解苯胺的实验研究 环境污染与防治 200185 刘怡，熊亚等 高色度印染污水和染料废水的脱色新技术应用 环境污染与防220186 荣国斌，朱士正 波谱数据表有机结构分析 华中理工大学出版社 200110原著/E.Pretsh P.Bhlmann C.AffolterThe Research of Dealing with Wastewater of Printing and Dyeing by Electrolysis MethodAbstract :Using self-made electrolysis equipment which installat with iron anod , copper cathode,dispose wastewater of printing and dyeing . Affect by out voltage , utilize solvent anode to produce abundance anions, which aqqlomerate with wastewater of colloid .Meanwhile , separated from cathode,a great deal of hydrogen hudrogen hubble congluatinate with desposition to float.hydroxyl radical which produce in course of electrolysis react with dyestuff make dyestuff,degradation and decolor.Now,inational and native carried out a lot of investigation for wastewate of printing and dyeing by electrolysis method, summarized mary mechanism for contamination,s purifying and decoior .Which is in surface of collide, Fe(OH)3,s synthesize action static attract reaction , chemistry adjust effection and deposition float function.It is oxidation,revivification counteract,aqqlomeration ect.Chemistry change and physics change,s cooperation to purify wastewater.The result of experiment indication,