电化学法在处理造纸废水中的应用

1、 应用电化学电化学法在处理造纸废水中的应用 姓名：窦宇擎（化工092，2009012006）电化学法在处理造纸废水中的应用窦宇擎（化学与化学工程学院，化工092，2009012006）摘要：造纸废水对环境所造成的污染问题日益突出。常规的碱回收技术、生化技术等存在投资规模大、 运行费用高、技术含量高等特点,只能在一些大型造纸厂中使用,而在大部分中小型造纸厂是不适用的。因此,寻找更适合中国国情的造纸废水处理技术一直是我国各研究机构重点攻关的研究课题。电化学技术迅速发展并为广大环保工作者所重视,作为一种对各种废水处理适应性强、高效、无二次污染的处理方法,已被广泛应用于工业废水和生活废水的处理当中。关

2、键词：氧化；电解；废水净化；离子Electrochemical method in the treatment of paper making wastewaterDou Yu-qing（Chemical engineering and technology092，2009012006）Abstract：Papermaking wastewater to the environment caused by pollution problems have become increasingly prominent . The conventional alkali recovery techno

3、logy, such as the existence of biochemical technology of large scale of investment, high operation cost, high technology content, only in some large paper mill in use, while in most small and medium-sized papermaking factory is not applicable. Therefore, to find more suitable for Chinas national con

4、ditions of papermaking wastewater treatment technology is our country all the time the research institutes focus on key research topics . Electrochemical technology rapid development and for the majority of environmental protection workers of the importance, as a kind of all kinds of wastewater trea

5、tment, high efficiency, strong adaptability of no two pollution treatment method, has been widely used in the industrial wastewater and domestic wastewater treatment.Key words：Oxidation；Electrolysis；Purification of waste water；Ion本文介绍了适用于处理造纸废水的电化学法,并对采用该法处理造纸废水的研究进展进行了概括。1 电化学法1.1 电凝聚气浮法在外电压作用下,利用可

6、溶性阳极(铁或铝),产生铁离子和铝离子等，通过絮凝生成沉淀物,同时阴极上析出大量氢气微气泡与絮粒粘附在一起上浮,这种方法称为电凝聚电气浮。产生的金属离子在水中水解、聚合,生成一系列多核水解产物而起凝聚作用,同时通过液相和气相电极反应,新生态的氢气和氧气以微气泡的形式出现，可以选择性破坏氯苯、 醌类等芳香族化合物的环状结构,使其分解为低分子的有机物,还有可能直接被氧化为二氧化碳和水，不产生污泥,是一种很有前途的造纸废水净化方法。通电条件下表现出活性的木素化合物之类物质,大部分可用电凝聚法除去1,而在通电条件下表现出非活性的糖类的物质,几乎不能被除去。处理前后，BOD/ COD 比值变化很大,电凝

7、聚可提高废水的可生化性。1. 2 内电解法内电解法又称微电解法,通常是以颗粒料炭、煤矿渣或其他导电惰性物质为阴极,铁屑为阳极,废水中导电电解质起导电作用构成原电池。阳极反应为: FeFe+2e-阴极反应为酸性条件下:2H+2e-H2碱性条件下: O2+2H2O+4e-4OH-电解质中反应为:Fe2+2H2O=Fe (OH) 2+2H+H+Fe (OH)2+1/2O2Fe(OH) 3亚铁离子具有较强的还原作用,可使废水中的某些氧化性组分还原,同时生成氢氧化铁和氢氧化亚铁还具有絮凝和吸附作用。原电池的微电流也有直接氧化还原作用,还能刺激水体中微生物的代谢作用,促进微生物处理废水。此外,阳极生成的大

8、量的亚铁离子不断地进入溶液,不但有效地克服了阳极极化反应,而且其还原作用使一些大分子降解为小分子,同时,生成的亚铁离子作为絮体中心,絮凝吸附水中悬浮颗料,达到废水净化的目的。由于采用工业废铁屑,内电解法的优点是以废治废,不消耗能源,能去除多种污染成分,降低 COD 和脱色，还能提高难降解物的可生化性,利于后续处理。占地面积小,整个装置易于实现定型化及设备制造工业化,运行费用低,尤其适合中小型厂家废水治理。缺点是反应速度慢,处理废水量少,反应柱易堵塞,对高浓度废水处理比较困难,且反应操作弹性较差。内电解法处理亚硫酸盐浆中段废水具有较好的效果，比单纯使用铁屑/炭在酸性水溶液中絮凝效果好。这表明在微

9、电解反应过程中,废水有机物参与电极反应,新生亚铁和铁离子水解生成的氢氧化物具有较强的絮凝吸附能力2。1. 3 电化学氧化法用电解法处理清黑液的基本原理是利用直流电对清黑液进行电解,阳极上释放出新生态的氧和氯具有很强的氧化能力,能使清黑液中的有机物发生强烈的氧化而分解,或使其转化为一些无害的物质,最终生成二氧化碳和水。同时在电解过程中,通过电解槽中的一些物理化学作用,将有机物从废水中分离出来,使废水得到净化。李洪伟3采用电解法处理造纸清黑液,可以有效地分解、破坏水中的有机物、降低清黑液的COD。电解槽中电流密度、氯离子含量、p H值、电极板间的距离是影响电解法去除清黑液的COD的重要因素。实验结

10、果表明,电解法处理后的清黑液,经过苛化处理,可以返回用于蒸煮,实现循环用水,即避免了环境污染,又降低了生产成本,提高了经济效益。1. 4 膜辅助电解法膜辅助电解作为膜分离技术的一种,在国外已广泛用于木浆黑液处理的研究4。装置阳极区为造纸废水,阴极区为稀的氢氧化钠导电液,中间用可以抗污染的阳离子交换膜分隔开,在外加直流电场作用下,黑液中的钠离子通过阳离子交换膜迁移到阴极区,阴极区的 氢氧根由于阳膜对阴离子的阻断作用而留在阴极区,并与迁移来的钠离子结合生成氢氧化钠而被回收;同时,在电场作用下,阳极发生水分子失去电子的氧化反应,生成氧气和氢离子,阴极发生水分子得到电子的还原反应。随着阳极H+浓度的增

11、加,黑液中的木素等有机酸钠盐发生酸析反应,生成木素等有机酸而析出,同时释放出钠离子并被回收，因此,采用这种方法回收黑液中的碱更为完全。最佳操作条件如下:阳极区草浆黑液强制搅拌,工作电压 4. 5 V，处理时间30min。黑液的碱回收率可达90 %左右，电流效率大于70 %。许力等用超声波膜电解技术处理造纸废水,废水的碱回收率高于其它膜电解技术,出水可适当投加废酸使木素进一步沉淀。2 影响电化学法处理废水效果的因素2. 1 电极材料在不同性质的电极材料上,有机物发生氧化还原反应的可能性和速率,以及副反应的发生程序不同。电极材料的性质及其表面积在电化学氧化还原反应动力学中起着主要的作用,在复杂的氧

12、化还原反应中尤为明显。电极材料对电还原反应的影响往往归因于在它上面出现析氢电位,氢过电位高的金属往往促进还原反应,在这样的电极上一些难以还原的物质比较容易达到其可被还原的电位。同样,电极材料对电氧化反应的影响也归因于在它上面出现的氧过电位。一般来说,难降解有机物的氧化需要具有高氧过电位的电极5。在电化学反应中,电极表面区域随着电荷移动而伴生非均相催化反应,因此,参与反应的电荷的移动速率同样影响着催化反应的速率,电荷的移动速率是由电极的电位,即电极电位和过电位决定的,其中电极电位由电极基体材料决定。尽管电极类型各异,但对它们有共同的要求,即好的导电性和耐蚀性。用Sb2O3覆盖的Ti/ SnO2电

13、极是一种有高析氧电位、 催化性能优良、导电性良好、适于处理有机工业污水的电极。2. 2 电解质溶液电解质溶液的浓度对有机物的催化降解速率影响表现在两方面:一是电解时,溶液浓度太低,浓度差很小,电流小,降解速率太低。一般情况下,随着电解质溶液浓度的增加,槽电压降低,降解速率增高。但电解质投入量增大,处理费用增加,并且会增加溶液中电解质离子浓度。二是电解过程会产生复杂的电化学反应,不同的电解质会发挥不同的作用。例如 ,存在氯离子时，电解过程中会产生氯气、次氯酸根存在硫酸根和碳酸根时，会在阳极被氧化为过硫酸盐和过碳酸盐,从而增加对有机物的氧化降解能力。对各有机污染物水处理体系的电催化反应条件进行深入研究,确定最佳催化降解条件,对提高催化降解速率、降低水处理费用是非常必要的。参考文献1 王耀新. 电化学凝聚法处理造纸废水J . 纸和造纸,2004 (增刊) :70271.2 谭蕾,汤正河,曾祥钦.电凝聚-空气氧化处理草浆造纸黑液酸析木质素后滤液COD的研究J.贵州工业大学学报(自然科学版) ,2004