張林生1，蔣嵐嵐1，肖璐寧1，錢 萍2?
(1.東南大學環境工程系，江蘇南京 210096；2.江蘇一環環保設計研究院，江蘇宜興 214262)

　　摘　要：提出了石墨電極電解氣浮脫色的處理工藝，研究了電導率、電解質的投加量、電通量等電解條件對廢水處理效果的影響，確定了最佳的工藝條件及操作參數，研究結果表明，該法脫色效果好，操作適應性強。
　　關鍵詞：染色廢水；石墨極板電解氣浮；脫色
　　中圖分類號：X505
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)04-0075-03

　　染色廢水的色度高、可生化性差，用常規的方法處理則脫色效果較差，而活性炭吸附、臭氧或Fenton氧化法雖有較好的脫色效果，但處理費用高。腐蝕性陽極(Al、Fe)電解法處理染色廢水在工程上雖已有應用，但其主導作用是電絮凝，因而其脫色率尚不令人滿意。因此，研究以不溶性電極材料——石墨為極板的電解氣浮工藝，尋找一種經濟、合理、高效的染色廢水脫色方法就很有必要。采用石墨電極的主要優點有：①電解時產生的新生態［O］、［Cl］等強氧化劑可以破壞染料分子的發色基團，脫色效果好；②電流效率高，潛在處理能力大；③電極鈍化弱，超電壓低、耗電少；④電解時對廢水的pH值適用范圍寬；⑤電極不易腐蝕、操作條件好；⑥電極機械性能好、價格便宜。?

1 　試驗裝置

　　試驗裝置見圖1。?

　　該裝置用有機玻璃制成，尺寸為160mm×700mm。電極為石墨電極，由6片(8cm×5cm×1cm)石墨板組成，板間距為7mm，安裝位置距池底為6mm。電極與導線連接處采用環氧樹脂膠密封以防其他副反應發生。

2 　試驗結果及分析

　　試驗廢水采用人工配水(將弱酸艷紅B、活性艷橙X—GN、直接棗紅GB和中性黑BL混合，其濃度為20mg/L，pH＝7.76，最大吸光波長λ＝545nm)，其色度采用分光光度法(低濃度時)及稀釋倍數法(高濃度時)測定。?
2.1 電解質投量與廢水電導率、脫色率的關系
　　電解質的投加量與廢水電導率的關系見圖2。?

　　根據實測數據可求得電導率K與鹽濃度c的關系：?
?　　　　　　K＝K0+kc　　　　　(1)?
　　式中 ?K——廢水的電導率，mS/cm?
?　　　　 K₀——原水的電導率，mS/cm?
?　　　　 c——鹽(Na₂SO₄)濃度，g/L?
　　　　　?k——比例系數，1.293 mS·L/(g·cm)?
　　電解質投加量與廢水脫色率的關系見圖3。(試驗廢水同前，電解電流I＝5 A)

　　當水中電解質含量不足時，電解質的加入會增大電導率，從而降低電耗，提高電解效率。但隨著投加量的增大，脫色率提高漸緩直至下降，過多的電解質會抑制電極反應。從圖3中還可看出，投加定量的電解質，廢水脫色率隨時間的增加而增加，這一點與法拉第 定律相符合。?
2.2 電導率對電耗的影響
　　通過投加不同含量的電解質(Na₂SO₄)來調節電導率以研究電流與電壓之間的關系，從而確定電導率與槽電壓及電耗之間的關系。電流、電壓用DT—8300型數字式萬用表測量，電導率用DDS—11A型指針式電導率儀測定，電極常數為1.02。試驗結果見圖4。

　　理論上槽電壓?
?　　　　　V＝Ed+ηA-(-ηc)+IR₁+IR₂　　　　(2)?
　　式中 ?E_d——理論分解電壓?
?　　　　η_A——陽極過電位?
　　　　　η_c——陰極過電位?
　　　　? IR₁——溶液壓降?
　　　　? IR₂——金屬導體壓降
　　上述各項中，除Ed外均為電流強度I的函數。過電位與電流強度近似直線關系，式(1)可表示為：V＝a+bI(a，b為常數)。?
　　試驗結果表明，對于任一電導率，電流與槽電壓均為線性關系。對電流和槽電壓作線性回歸分析得相關系數r均在0.996以上，a值均為2.37左右，則槽電壓可以寫成：?
?　　　　V＝2.37+bI＝V₀+bI
　　再經轉換可得槽電壓
?　　　　V＝V0+1／K·l／A·l ＝2.37+12.28·1／K?
　　式中 ?l/A——電導池常數，m^-1?
　　　　　　V₀——表觀分解電壓，V
　　　　　　I——電流強度，A
該電解氣浮池消耗功率可以寫為：
?　　　　　N＝I·V＝I(V₀+1／K·l／A·I)＝I(2.37+12.28／K）I)　　　　(3)?
　　 由式(3)可知，電解氣浮池的消耗功率N為電流I的二次函數，并與電導率成反比關系。若增加電導率(即增加電解質投加量)可降低電耗，但會增加藥耗。由于染料廢水含鹽量較高，電導率K通常可達4mS/cm以上，因此在采用電解氣浮法處理時一般無需投加電解質。這也正是電解氣浮法處理染色廢水的優勢。
2.3 電通量對脫色率的影響
　　試驗廢水取自南京某印染廠，其色度為700倍。pH＝6.5、最大吸光波長λ＝450nm。 電解電流分別取0.5、1、2、3、4、5A，每隔一定時間取樣一次，采用721分光光度計測吸 光度并計算出脫色率。電流與通電時間的乘積為電通量，可得電通量與脫色率的關系如圖5所示。

　　由圖5可知，在不同的電解電流下廢水的脫色率均與電通量成正比例關系。這說明電解產生的中間粒子對染料分子的氧化作用可使廢水脫色。但隨著電流強度的加大和電解時間的增加，脫色率接近定值。當廢水電導率為4mS/cm(工作電壓為5V，電流為1A)，通電40min，電通量2400C，水樣體積為8L時，廢水脫色率可達58.5%，此時能耗為0.4(kW·h)/m³。由圖5還可看出，同樣電通量時，高電流(相應地時間短)的脫色率較差，這是由于多余的電通量僅用于廢水增溫而對脫色無益。而在電通量一定時，低電流、長時間可取得較高的脫色效率。

3 　結論

　　① 石墨電極電解氣浮法對染色廢水具有明顯的脫色效果，并可同時完成氣浮分離作用。某印染廢水(色度為700倍)在電通量為2 400C時的脫色率可達58.5%，此時電耗為0.4(kW·h)/m³。
　　② 電導率是影響槽電壓從而直接影響電解氣浮法電耗的重要參數。若廢水電導率增加，則電解氣浮電耗減少，從而可節省能量。
　　③ 電導率值可通過改變電解質的投加量來加以調節，適宜的電解質濃度可提高電導率，降低電耗；而過量的電解質則會抑制電極反應，降低脫色率。通常實際染色廢水含鹽量大，電導率可達4mS/cm以上。此時無需投加電解質，這正是電解氣浮法具有工程應用價值的重要條件。
　　④ 電解脫色率與電通量成正比。當電通量大于極限電通量(脫色率接近定值時的電通量)時，脫色率不能提高。而電通量一定時，低電流、長時間可獲得較好的脫色率。

參考文獻：

　　 ［1］張林生，B Dobias.染料廢水綜合混凝—電氣浮脫色處理［J］.給水排水，1 993，(6)：22-26.
［2］張林生，H Hahn.鉑電極電解氣浮的研究［J］.中國給水排水，1993，9(6)：4-9.
［3］Jurgen Manger,Linsheng Zhang,Hermann H Hahn.Liquid-solid separatio n by electra-flotation:an attractiva alternation to dissolved air-flotation［J］ .Chemical Water and Wastewater Treatment,1990,151-169.

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　　電　　話：(025)3614262?
　　收稿日期：2001-07-05