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第 25 卷第 3 期 Vol 25No 3 重 庆 理 工 大 学 学 报 自然科学 Journal of Chongqing University of Technology Natural Science 2011 年 3 月 Mar 2011 收稿日期 2010 08 16 基金项目 国家自然科学基金资助项目 20477026 作者简介 钟登杰 1974 男 重庆人 上海交通大学博士 清华大学博士后 讲师 主要从事应用电化学方法处 理废水研究 电化学转盘法处理切削液废水 钟登杰 重庆理工大学化学化工学院 重庆 400054 摘要 采用一种新型电化学装置 电化学转盘处理切削液废水 电化学转盘转动时能 加快传质并使空气中的氧气加速溶解于溶液中 通过实验研究了电化学转盘法处理切削液废 水中的油和 COD 的方法 并与传统的电化学反应器的处理效果进行了比较 实验结果表明 与 传统的电化学反应器处理效果相比 电化学转盘法能更好地去除切削液废水中的油和 COD 在 转速为 60 r min 电压为10 V pH 值为7 75 条件下处理120 min 去除率能分别达到94 9 和 83 7 关键词 电化学转盘法 切削液废水 含油量 COD 去除率 中图分类号 X505文献标识码 A 文章编号 1674 8425 2011 03 0043 04 Electrochemical Treatment of Cutting Oil Wastewater Using a Rotating Electrochemical Disc Process ZHONG Deng jie School of Chemistry and Chemical Engineering Chongqing University of Technology Chongqing 400054 China Abstract In this work a novel electrochemical setup Rotating Electrochemical Disc Process RECDP is prepared and used for cutting oil wastewater COW treatment This setup can speed up the rate of the mass transfer and increase the oxygen transfer from air to the bulk solution when the disc is rotating The oil and COD removal of cutting oil wastewater is experimentally investigated using both developed RECDP and traditional electrochemical reactor TER The experimental results show that RECDP is more efficient than traditional electrochemical reactor and can efficiently remove the oil and COD of COW its removal efficiency reached 94 9 and 83 7 respectively rotate speed 60 rpm voltage 10V pH 7 75 and time 120 min Key words RECDP COW oil content COD removal efficiency 在金属加工过程中经常会用到切削液 其主 要作用是降低摩擦 润滑表面 冷却 带走刨花等 切削液主要含有油 水 表面活性剂和各种添加剂 防泡剂 杀菌剂和防锈剂 切削液在使用过程 中由于热降解和加工过程中所产生的微粒增多而 失去润滑和冷却作用 所以需要替换 从而会产生 大量的废液 这些废液如果不经处理直接排放 其所含的重金属和热降解所产生的有害物质将对 土壤和水体造成污染 处理切削液废水的传统方 法主要有蒸发 1 冷冻 2 膜过滤 3 6 和吸附等 但这些方法只是将有害物质从废水中分离出来 有害物质并没有被降解成无害物质 另外 切削 液废水具有毒性 所以很难用生物法去处理 7 10 水热氧化法能有效地处理切削液废水 11 12 但该 法所需条件苛刻 难以满足 电化学方法是一种 绿色高级氧化 废水处理 技术 具有经济 高效 所需空间小等优点 电化 学方法已被成功应用于各种废水处理中 如染料 废水 13 15 壬基酚废水 16 含酚废水 17 含氰废 水 18 19 制革废水 19 和橄榄油废水处理 20 21 为了提高电化学反应的效率 降低副反应的 发生 近年来研究者们发现了新的电极材料 22 25 和反应器 26 对于电化学反应而言 传质速率和 溶解氧浓度都是重要的影响因素 会限制整个反 应速率 本文设计了一种新型电化学反应装置 并用于处理切削液废水 阳极和阴极交替均匀地 分布在一个圆盘上 用导线分别连接 通过转动 圆盘 电极表面静止液膜的厚度减少 这在很大程 度上会提高传质速率 同时 转盘有一半暴露在 空气中 另一半在溶液中 这样随着转盘的转动 可以加速氧气从空气中溶解到主体溶液中 加速 氧化 27 在阴阳极之间分布活性炭颗粒 处理 废水时 活性炭颗粒在电场作用下产生极化 生成 很多微小电池 这样就可以加大反应器的有效电 极面积 缩短有机物的迁移距离 1材料和方法 从某机械厂所取的切削液废水的主要成分 为 COD 14 356 mg L 含油量 4 326 mg L pH 值 为 7 75 COD 采用重铬酸钾氧化法测定 含油量 采用 420 oil IR 红外分析仪测定 pH 值采用 PHS 3B 酸度计测定 电化学反应装置如图 1 所示 主要包括 1 个 弧形电解槽 电化学转盘和直流电源 电化学转 盘是一个直径为 18 cm 厚度为 3 6 mm 的有机玻 璃盘 阴极为 6 cm 长 1 2 cm 宽 2 1 cm 厚的铁 片 阳极为 6 cm 长 1 2 cm 宽 2 7 cm 厚的石墨 片 颗粒活性炭 平均粒度为 1 0 mm 分布在阴 阳极之间 阳极和阴极通过导线分别与电源的正 负极相连 通过调速器来控制转盘的转速 图 2 是一个传统的电化学反应器 电极材料和面积均 与电化学转盘法相同 采用磁力搅拌 每次实验所用水样为 400 mL 颗粒活性炭在 使用之前先用切削液废水浸泡 达到饱和 电解 电压控制在 10 V 44重 庆 理 工 大 学 学 报 2结果与讨论 2 1转速的影响 在电压为 10 V 的条件下 将转盘的转速分别 控制在 0 30 60 和 90 r min 从图 3 可以看出 随 着转速的提高 切削液废水中油的去除率得到提 高 这是由于电化学转盘的转动能加快主体溶液 和电极表面之间的传质 当转速超过 60 r min 后 油的去除率相对稳定 提高电化学转盘的转速 不再能大幅度提高废水中油的去除率 图 3转盘转速对废水中油去除的影响 2 2电化学转盘法和传统电解法去除油含量的 比较 从图 4 可以看出 在去除切削液废水中的油 量方面 电化学转盘法明显优于传统电解法 图 4电化学转盘法与传统电解法在油含量 去除效果方面的比较 2 3COD 去除率 从图 5 可以看出 切削液废水 COD 去除率随 反应时间的延长而上升 在反应的前 90 min 内 COD 去除率上升很快 反应 90 min 后 COD 去除 率上升不明显 经过 90 min 电解 切削液废水中 的 COD 去除率能达到 83 7 但切削液废水剩余 的 COD 还有约 2 000 mg L 所以 电化学转盘法 可以作为切削液废水的预处理方法 图 5电化学转盘法去除废水中的 COD 2 4降解机理初步研究 电化学方法总是有自由基参与反应 14 29 30 自由基反应是有机物氧化的关键 29 电化学反 应过程中所产生的自由基一旦生成 就立即无选 择性地与反应介质中的有机物发生反应 反应的 初步机理为 有机物分子吸附到电极表面 电化 学反应过程中产生的自由基将有机物分子氧化 有机物分子降解成有机小分子 最后降解成无害 的无机小分子 如 CO2和 H2O 3结论 1 电化学转盘法是一种新电化学方法 阳极 和阴极交替分布 转盘的转动可以加强传质 加快 空气中的氧气溶解于主体溶液 有利于有机物的 降解 2 电化学转盘法能有效地去除切削液废水 中的油量和 COD 当转速为 60 r min 电压为 10 V pH 值为 7 75 时 电解 120 min 油和 COD 去除 效率能分别达到 94 9 和 83 7 与传统的电 解法相比 电化学转盘法在去除切削液废水的含 油量方面具有优势 54钟登杰 电化学转盘法处理切削液废水 3 由于切削液废水的初始 COD 太高 COD 去除率达到 83 7 其剩余的 COD 还有 2 000 mg L 所以电化学转盘法用于切削液废水的预 处理 参考文献 1 Hadj Ziane Z A Moulay S Microemulsion breakdown u sing the pervaporation technique application to cutting oil models J Desalination 2004 170 91 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Biodeterioration Biodegrada tion 2001 47 4 215 224 8 Van der Gast C J Whiteley A S Thompson I P Tempo ral dynamics and degradation activity of a bacterial inocu lum for treating waste metal working fluid J Environ mental microbiology 2004 6 3 254 263 9 Van der Gast C J Knowles C J Starkey M et al Se lection of microbial consortia for treating metal working fluids J Journal of Industrial Microbiology Biotech nology 2002 29 1 20 27 10 Karimov R R Shulaev M V Emel yanov V M et al Study of biosorption treatment of spent cutting fluids un der anaerobic conditions using various adsorbents J Khimicheskaya Promyshlennost St Petersburg Russian Federation 2004 81 9 485 488 11 Juan R P L pez J Nebot E et al Elimination of cut ting oil wastes by promoted hydrothermal oxidation J Journal of Hazardous Materials 2001 B88 95 106 12 Juan R P Sanchez Onet Jezabel et al Hydrothermal oxidation of oily wastes An alternative to conventional treatment methods J Engineering in Life Sciences 2003 3 2 85 89 13 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页 21 Gotsi M Kalogerakis N Psillakis E et al Electro chemical oxidation of olive oil mill wastewaters J Wa ter Research 2005 39 17 4177 4187 22 Subbiah A Chellammal S Basha C M Electrochemi cal treatment of xylenol orange dye wastewater at RuO2 Ti anode J Bulletin of Electrochemistry 2003 19 3 127 132 23 Polcaro A Mascia M Palmas S et al Electrochemical degradation of diuron and dichloroaniline at BDD elec trode J Electrochimica Acta 2004 49 649 656 24 Zanta C Michaud P Comninellis C et al Electro chemical oxidation of p chlorophenol on SnO2 Sb2O5 based anodes for wastewater treatment J Journal of AppliedElectrochemistry 2003 33 12 1211 1215 25 Zollinger D Griesbach U Putter H et al Electro chemical cleavage