鋁-鐵雙電極異步周期換向電凝聚法處理模擬染料廢水及其機理研究.pdf

1、作為具有諸多優(yōu)點的電化學水處理方法之一，電凝聚法一般會使用金屬鋁和鐵作為犧牲陽極，但處理過程中，很難避免犧牲陽極表面鈍化及電化學極化現(xiàn)象，進而影響處理效果、增加能耗，從而限制了該方法的實際應用。根據(jù)有關理論，可以采用陰極還原法去除電極表面已經(jīng)存在的氧化膜，以實現(xiàn)金屬陽極的進一步溶解，恢復導電能力，提高對廢水的處理效果?；诖?，作者所在課題組開發(fā)出了鋁鐵電極周期換向電源電凝聚法處理廢水工藝，取得了較好的處理效果。但該工藝采用的是同步換向方

2、式，鋁陽極和鐵陽極通電時間相等，有可能造成鋁離子在廢水中的剩余而影響水質(zhì)。為此本研究采用鋁鐵雙電極異步周期換向方式強化傳統(tǒng)的電凝聚法，對目前市場上使用量大、結構上分別具有蒽醌、偶氮和雜環(huán)結構等有代表性的三種活性染料(活性艷藍X-BR、活性黃X-R、活性嫩黃X-6G)作為目標物進行處理，以期實現(xiàn)減緩或避免陽極鈍化和電化學極化改善處理效果的同時，減少鋁離子在廢水中的剩余，提高廢水整體處理效果。對于每一種染料模擬廢水，分別以鐵、鋁作為電極，首

3、先采用同步周期換向電凝聚法進行處理，考察各處理條件的影響并確定最佳反應條件，再采用異步周期換向電凝聚法進行處理，對比該方法處理優(yōu)勢，并獲取最佳反應條件。之后通過多次重復實驗，確定其穩(wěn)定性。具體考察因素包括反應時間、反應電壓、攪拌速度、添加電解質(zhì)濃度、極板間距、模擬廢水初始濃度、模擬廢水初始pH值以及采用換向電源時的換向周期，包括同步換向周期和異步換向過程中兩電極不同通電時間等參數(shù)，并對反應過程的脫色動力學和能耗加以分析。在此基礎上通過正

4、交試驗，判斷各影響因素對于處理結果的影響程度和順序，并利用AHP(層次分析法)模型確定了各影響因素對處理效果的影響權重以便于對各項參數(shù)進行優(yōu)化。通過對不同電極不同通電方式下模擬染料廢水處理效果研究，結合紫外-可見光光譜掃描、紅外光譜掃描以及高效飛行質(zhì)譜等手段，對采用該方法處理模擬染料廢水的脫色和COD去除機理以及染料反應機理進行研究。通過采用ICP儀器測試不同方式最佳條件下處理三種模擬染料廢水后溶液中以及生成絮體中金屬鋁和鐵離子含量，分

5、析鋁鐵離子協(xié)同作用對于絮體結構和去除效果的影響，結合激光粒度分析儀和ICP儀器對絮體中鐵鋁離子形成絮體粒徑差別以及含有的鐵鋁離子數(shù)量比例等測試結果，對異步換向強化電凝聚處理過程改善回路通電效果并促使鐵鋁協(xié)同發(fā)揮作用提高處理效果的機理進行了分析。最后，為了驗證換向電源對電極表面鈍化的活化作用，分別采用極化曲線和塔菲爾曲線測定以及掃描電鏡等方法對不同通電方式下電極電化學特征和表面結構特征的變化情況進行研究。
　　通過研究，分別獲得了采

6、用鋁鐵雙電極異步周期換向電凝聚法處理活性艷藍X-BR、活性黃X-R和活性嫩黃X-6G三種模擬染料廢水時的最佳反應條件以及該條件下的脫色動力學特征、消耗電能隨反應時間變化的線性擬合公式、鐵鋁陽極消耗隨時間變化的線性擬合公式等，以及最佳處理工藝下去除單位質(zhì)量染料的能耗情況。研究表明，在最佳條件下，處理三種模擬染料廢水時的脫色率均可達到97％以上，COD去除率均可達到76％以上，均比同步換向時略有提高，且可使處理后廢水中無鋁離子剩余。去除相同

7、數(shù)量COD時無論是消耗的電能還是消耗的金屬鋁和鐵極板量均小于同步周期換向方式。處理三種模擬染料廢水時，能耗總量分別約占同步周期換向時的37.58％、66.59％和65.96％，均明顯優(yōu)于同步周期換向電凝聚方式，說明異步周期換向方式確實可以有效強化電凝聚過程。通過對采用周期換向電凝聚法處理活性黃X-R模擬染料廢水的正交實驗結果獲得了各影響因素對脫色處理效果的影響順序及各影響因素的權重，據(jù)此可以更有利于優(yōu)化處理過程。
　　通過研究不同

8、電極不同通電方式下對模擬染料廢水的脫色和COD去除過程，可以推斷出在采用異步周期換向電凝聚法處理上述三種模擬染料廢水過程中，脫色和COD去除過程主要依賴于金屬陽極溶解后產(chǎn)生的絮凝劑的絮凝和氣浮作用，其次才是電氧化（包括直接和間接氧化）或還原過程。
　　根據(jù)對處理前后三種模擬染料廢水的紫外-可見光譜、紅外掃描光譜以及高分辨質(zhì)譜等分析手段可知，除電凝聚脫色過程之外，不同染料分子在電化學作用下發(fā)生了雙鍵的陰極加氫、羥基氧化和發(fā)色基團雙鍵

9、斷裂等現(xiàn)象，從而也促進了廢水的脫色效果。
　　通過測試不同換向條件下處理后的廢水中、形成的絮體中金屬鋁和鐵離子數(shù)量以及絮體粒度結構特點并結合研究內(nèi)容分析可知，采用鐵鋁雙電極周期換向電凝聚法處理三種模擬染料廢水時，由于其處理pH范圍更寬，能夠同時發(fā)揮鐵離子和鋁離子凝聚過程中的各自優(yōu)點，通過調(diào)節(jié)換向周期（同步和異步），可以使電解過程產(chǎn)生的鐵離子和鋁離子具有更合適的數(shù)量比例關系，形成的絮體具有更為穩(wěn)定合理的絮體結構和沉降性能，因此異步周