电絮凝法处理工业废水技术研究——以染料废水为例

刘 莹

（上海市金山区环境监测站 上海 200540）

工业废水成分复杂主要特点是：色度高、有机物质含量高，工业废水的可生化性差，矿化度高，水质和水量随生产工艺而变化，有的工业废水中包括重金属和有毒物质，这些组成复杂高浓度有机废水如果未经处理直接排入天然水体，会对水体造成严重污染，残留有机物会消耗溶解氧的水，水体溶解氧下降使大量的水生生物死亡，有些工业废水中含有苯胺等致癌性很强的有机物，危害人类的健康[1]。

1 电絮凝法

1.1 概念

电絮凝法处理工业废水主要原理是在外加电力作用下，使阳极电离产生可溶性阳离子，可溶性阳离子与水中有机物产生凝结和絮凝作用，通过一系列复杂的聚合水解形成的絮凝吸附污水中的有机物或悬浮物，最终产生絮凝态的污染物。电凝浮选技术自20世纪初开始，广泛应用在工业废水处理中，近年来在很多行业应用得到了广泛的研究[2]。

1.2 环保特点

电絮凝法应用范围广、设备维护方便、运行成本低、不产生二次污染及处理效果好等优点。

1.3 原理

电絮凝法是使用铁当电极,通直流电的情况下,电极发生以下的过程[3]：

1.3.1 阳极Fe首先发生:Fe→Fe2++2e-产生Fe2+

酸性溶液中:4Fe2++O2+2H2O→4Fe3++4OH-碱性溶液中:Fe2++2OH-→Fe(OH)2

另外伴随着阳极的H2O电解产生O2:2H2O→O2+4H++4e-

1.3.2 阴极反应:2H2O+2e-→2OH-+H2

2 实验部分

2.1 实验仪器及药品

表1 主要实验仪器及药品

2.2 实验装置

电絮凝实验选用直流可溶性阳离子反应器，本实验中电絮凝反应器阳极金属采用铁做阳极，电絮凝反应器的有效容积为1升。电絮凝反应器采用直流恒压供电器,输入电压220伏,输出电压范围为0-50伏,输出电流范围为0-5安培。

2.3 模拟废水

实验用污水是四种自制模拟废水。分别取活性黄X-R、弱酸性红3R、直接橙S、酸性媒介黑-T加入水中，配约为100mg/L的溶液，并加入氯化钠增强电导率。

2.4 实验方法

取等量水样，按照正交试验中每一组的要求调pH、电流强度和转速，通电处理后，静置，并取出上清液测定化学需氧量和色度。影响因素水平及正交方案分别见表2、表3。

表2 因素水平表

表3 正交实验方案

2.5 测定方法

2.5.1 COD测定

利用COD比色测定法测出处理前后的COD值，并按下面的公式（1-1）求出去除率:

2.5.2 色度测定

本实验使用UV-1700紫外-可见分光光度计测定色度，活性黄X-R、弱酸性红3R、直接橙S、酸性媒介黑-T的吸收波长分别是384 nm、503.5 nm、499 nm、620 nm。

本实验通过测量染料废水处理前后的吸光度，根据下面的公式（1-2）计算除色率：

2.6 实验结果

对于黄色染料废水,处理效果主要受流量影响较大，其他因素对这种颜色染料处理效果的影响不大,与其他因素相比，处理效果受蠕动泵转速的影响相对较大,电絮凝法处理黄色染料废水的处理结果受电流的影响相对较小。本实验中处理黄色染料废水的最好条件已验证,试验条件为pH为7.5,电流为5安培,转速为4转每秒,污水回流率为25%。在这种情况下,电絮凝法处理黄色染料废水，处理后的脱色率可达85%以上,化学需氧量去除率达到70%左右。

红色染料废水的处理效果受这些因素的影响较大，其中蠕动泵转速对染料处理效果影响较大,除此之外为污水的回流率,而pH的影响很小。本实验中处理红色染料废水的最好试验条件为pH为7.5,电流为5安培,转速为4转每秒,污水回流率为20%。在这种情况下,电絮凝法处理红色染料废水，处理后的脱色率可达87%以上,化学需氧量去除率达到72%左右。

电絮凝法处理橙色染料废水时各影响因素的顺序为:电流大小、蠕动泵转速、酸碱度、回流率等,即电絮凝法处理橙黄色染料废水电流大小对处理效果影响较大,本实验中处理橙黄色染料废水的最好试验条件为pH为7,电流为5安培,转速为5转每秒,污水回流率为30%。在这种情况下,电絮凝法处理橙黄色染料废水，处理后的脱色率可达82%以上,化学需氧量去除率达到77%左右。

工业染料废水处理效果影响因素中，废水pH、电流大小、污水回流率对酸性黑色废水处理效果的影响不高,同时蠕动泵的转速对黑色染料废水的处理也很小。本实验中电絮凝处理黑色染料废水的最好试验条件为pH为7.5,电流为4安培,转速为3转每秒,污水回流率为40%。在这种情况下,电絮凝法处理黑色染料废水，处理后的脱色率可达83%以上,化学需氧量去除率达到64%左右。

表4 电絮凝法对四种染料废水的实验处理最佳条件及结果

3 结果分析

电絮凝法在某种情况下，对弱酸性染料的除色率较差，对其他的三种染料除色率还是相对高的。这一现象与化学絮凝的结果稍有差别。化学絮凝法处理污染物主要包括了四种反应：压缩双电层、中和、吸附架桥以及沉淀。电化学絮凝除以上四种反应过程之外，还包括了氧化还原反应。水中有余氯时阳极除了上文提到的反应外，还会发生以下的反应：阳极:2Cl-(aq)→Cl2(g)+2e-

电极的阴极生成了还原性较强的氢，阳极则生成强氧化性的氯气。其中的Cl2与废水中的发色基团氧化还原进而将废水除色。而电絮凝法实验中，废水在pH为6至9之间的情况下处理时，出水pH升为11，经分析研究得出原因是：随着反应进行，阴极的氢氧根大量积累，导致废水的pH值升高。

[1]姜佩.染料废水处理技术研究.中国海洋大学.2012.7.

[2]李杰.电絮凝法处理毛毯印染废水的研究.合肥工业大学.2008.6.

[3]张峰振,杨波,张鸿,赵绪新,刘剑洪.电絮凝法进行废水处理的研究进展.工业水处理.2012.12.