本实验所用造纸废水取自东莞某造纸厂,废水颜色呈棕黄色,水面浮渣较多,水中的悬浮物也很多,有一股臭味。经初步测定水中COD质量浓度在2500mg/L左右。废水主要污染物COD采用重铬酸钾法测定,SS采用滤膜法,pH值用精密pH计(PHS-25型酸度计)测定,水中的余氯采用碘量法(HZHJSZ0149)测定。
实验步骤
(1)将一定体积的KHP溶液注入容器中,用泵抽水到安置电极的电解装置中,调节电解条件,以溶液中COD的去除率为考察指标,考察各因素对COD的影响以确定电极处理的影响因素。(2)将废水样先进行混凝沉淀预处理,以去除废水中大量的悬浮物以及主要污染物的COD,同时还可减少污染物在电极上的沉积对电极反应的影响。预处理选用不同PAC和PAM的配比,找出去除效果最好的配比。(3)将一定体积经预处理的废水样放入容器中,用泵抽入电解装置中,废水样中加入一定的电解质。按实验选定的电解条件,以废水中的主要污染物COD的去除率为主要考察指标,考察各因素对废水中的COD去除的影响。
结果与讨论
1电极对KHP的电催化特性
配制COD为690mg/L的KHP溶液,电导率为788μS/cm的NaCl溶液,调节实验电流的强度0.7A、1.4A、1.8A、2.1A、2.4A、2.7A,分别电解10min。产生余氯的浓度和电流强度的关系见图2。从图2可看出随着电流强度的增大余氯的浓度增大,当电流达到2.1A时达到峰值,电流继续增大余氯产生量减少并趋于稳定。说明达到一定的`电流强度以后,电流将不再是电极电解的主要影响因素了。此时测得电压为6.9V。在电流强度为2.1A、电压6.9V的条件下,投加不同电解质改变污水的电导率来考察电导率对电解COD去除率的影响。实验投加电解质硫酸钠和氯化钠。电解一段时间后测定COD含量,得出降解率如表2所示。从表2可以看出,电导率在900μS/cm时,投加NaCl质量浓度为0.4g/L,COD的降解率效果最好。NaCl作为电解质在增大电导率的同时能电解阳极氯离子,氯离子失去电子生成氯气,氯气和ClO-具有强氧化性可以氧化芳香烃降低废水的COD值。但是当电解质增大到一定的时候,电极表面会析出气泡,电解达到饱和状态,此时增大电解质的浓度没有多大意义,浪费成本。配制COD为690mg/L的KHP溶液加入电解质配制质量浓度为0.4g/L的NaCl溶液,在电流2A的条件下电解一段时间溶液中余氯的量发生相应变化,余氯的量随时间变化见图3。从图3可以看出,溶液中余氯的量随着时间的改变先增大后减少;电解70min后,溶液中余氯的浓度达到最大值。继续延长电解时间,溶液中余氯的浓度基本不变,此时电极析余氯基本趋于稳定值。COD的降解达到峰值的电解时间为最佳电解时间。为消去溶液中电解Cl对pH值的干扰,向溶液中加入电解质Na2SO4。调节溶液的pH值分别为3、5、7、9,电解80min后测得不同pH值条件下相同COD的邻苯二甲酸氢钾中COD降解率见图4。如图4所示,pH值约为3时,相对于pH值为5、7、9的COD降解率要高,酸性条件更有利于OH的生成,且在酸性条件下OH具有更强的氧化能力(E0=2.85V)[7]。因而确定实验最佳pH值约为3。
2处理实际废水有机物中的应用
与单独使用混凝剂相比,混凝剂硫酸铝或PACl与絮凝剂PAM组合用于造纸废水处理时可以提升浊度TSS下降率和COD的去除率,改善絮体沉降时间降低污泥生成量[8],本实验为了提高效率,降低成本,选择聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)作为本实验混凝沉淀处理用药剂。选择药剂的不同配比,在不同配比的条件下测得COD降解率见图5。由图5可以看出,加入混凝剂数量越多,SS的去除率越高,考虑到加入太多的混凝剂很不经济,本实验混凝剂PAC投加量不超过800mg/L,PAM不超过300mg/L。加入氯化钠作电解质,经投加PAC和PAM混凝后取上清液用,调pH值为3.10,电解测得电解时间与COD降解率的关系,绘制电解时间与COD降解率的曲线图,见图6。对比经混凝后调节电解的影响因素并至最佳时,得到造纸废水的COD降解率与直接电解造纸废水的COD的降解率。如图6所示,在经过投加混凝剂混凝沉淀后,COD可以去除近20%,主要是沉淀了再生纸废水中大量的悬浮物。混凝吸附后,再次加入了0.4g/L的氯化钠进行电解处理。在电解的过程中,发现出水颜色先慢慢变成淡绿色再后面就变成浅黄色,COD去除率在70~80min的时候达到近50%。考虑到处理效果与成本的问题,本实验过程中,处理200min时,COD的去除率达到70%,为最佳。此时BOD/COD为0.4,比能耗为27.6(kWh/kg)。因而可以认定,混凝电解法处理实际造纸废水较之传统的生物法具有污染物处理效率高,二次污染少,能彻底矿化绝大多数难生物降解的有机物,可实现清洁生产等工艺。
结论
本实验选用对具有特征污染物苯环的盐类KHP溶液中COD的降解情况,通过对新型电极材料Nb/BDD的电解特性进行研究,确定了电极电解的主要影响因素,并确定其最佳影响因素。(1)影响Nb/BDD电解的是电流强度、电导率、电解时间、溶液的pH值等因素。(2)电解催化氧化处理造纸废水的有机物,COD去除效率高。(3)在选定的实验条件下:电流2.1A,槽电压6.9V,PAC投加量为800mg/L,PAM为300mg/L,pH值约为3,添加0.4g/L的氯化钠作为电解质先加混凝剂进行沉淀后过滤,然后调节pH值约为3,再加入电解质进行电解。电解200min时可以达到最理想的状态,去除效率可达70%,比能耗为27.6(kWh/kg),BOD/COD为0.4。(4)Nb/BDD催化氧化再生纸废水中主要污染物的过程较为复杂,有关降解过程及提高COD的去除效率途径有待进一步研究。
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