本實(shí)驗(yàn)所用造紙廢水取自東莞某造紙廠,廢水顏色呈棕黃色,水面浮渣較多,水中的懸浮物也很多,有一股臭味。經(jīng)初步測定水中COD質(zhì)量濃度在2500mg/L左右。廢水主要污染物COD采用重鉻酸鉀法測定,SS采用濾膜法,pH值用精密pH計(jì)(PHS-25型酸度計(jì))測定,水中的余氯采用碘量法(HZHJSZ0149)測定。
實(shí)驗(yàn)步驟
(1)將一定體積的KHP溶液注入容器中,用泵抽水到安置電極的電解裝置中,調(diào)節(jié)電解條件,以溶液中COD的去除率為考察指標(biāo),考察各因素對COD的影響以確定電極處理的影響因素。(2)將廢水樣先進(jìn)行混凝沉淀預(yù)處理,以去除廢水中大量的懸浮物以及主要污染物的COD,同時還可減少污染物在電極上的沉積對電極反應(yīng)的影響。預(yù)處理選用不同PAC和PAM的配比,找出去除效果最好的配比。(3)將一定體積經(jīng)預(yù)處理的廢水樣放入容器中,用泵抽入電解裝置中,廢水樣中加入一定的電解質(zhì)。按實(shí)驗(yàn)選定的電解條件,以廢水中的主要污染物COD的去除率為主要考察指標(biāo),考察各因素對廢水中的COD去除的影響。
結(jié)果與討論
1電極對KHP的電催化特性
配制COD為690mg/L的KHP溶液,電導(dǎo)率為788μS/cm的NaCl溶液,調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)電流的強(qiáng)度0.7A、1.4A、1.8A、2.1A、2.4A、2.7A,分別電解10min。產(chǎn)生余氯的濃度和電流強(qiáng)度的關(guān)系見圖2。從圖2可看出隨著電流強(qiáng)度的增大余氯的濃度增大,當(dāng)電流達(dá)到2.1A時達(dá)到峰值,電流繼續(xù)增大余氯產(chǎn)生量減少并趨于穩(wěn)定。說明達(dá)到一定的`電流強(qiáng)度以后,電流將不再是電極電解的主要影響因素了。此時測得電壓為6.9V。在電流強(qiáng)度為2.1A、電壓6.9V的條件下,投加不同電解質(zhì)改變污水的電導(dǎo)率來考察電導(dǎo)率對電解COD去除率的影響。實(shí)驗(yàn)投加電解質(zhì)硫酸鈉和氯化鈉。電解一段時間后測定COD含量,得出降解率如表2所示。從表2可以看出,電導(dǎo)率在900μS/cm時,投加NaCl質(zhì)量濃度為0.4g/L,COD的降解率效果最好。NaCl作為電解質(zhì)在增大電導(dǎo)率的同時能電解陽極氯離子,氯離子失去電子生成氯氣,氯氣和ClO-具有強(qiáng)氧化性可以氧化芳香烴降低廢水的COD值。但是當(dāng)電解質(zhì)增大到一定的時候,電極表面會析出氣泡,電解達(dá)到飽和狀態(tài),此時增大電解質(zhì)的濃度沒有多大意義,浪費(fèi)成本。配制COD為690mg/L的KHP溶液加入電解質(zhì)配制質(zhì)量濃度為0.4g/L的NaCl溶液,在電流2A的條件下電解一段時間溶液中余氯的量發(fā)生相應(yīng)變化,余氯的量隨時間變化見圖3。從圖3可以看出,溶液中余氯的量隨著時間的改變先增大后減少;電解70min后,溶液中余氯的濃度達(dá)到最大值。繼續(xù)延長電解時間,溶液中余氯的濃度基本不變,此時電極析余氯基本趨于穩(wěn)定值。COD的降解達(dá)到峰值的電解時間為最佳電解時間。為消去溶液中電解Cl對pH值的干擾,向溶液中加入電解質(zhì)Na2SO4。調(diào)節(jié)溶液的pH值分別為3、5、7、9,電解80min后測得不同pH值條件下相同COD的鄰苯二甲酸氫鉀中COD降解率見圖4。如圖4所示,pH值約為3時,相對于pH值為5、7、9的COD降解率要高,酸性條件更有利于OH的生成,且在酸性條件下OH具有更強(qiáng)的氧化能力(E0=2.85V)[7]。因而確定實(shí)驗(yàn)最佳pH值約為3。
2處理實(shí)際廢水有機(jī)物中的應(yīng)用
與單獨(dú)使用混凝劑相比,混凝劑硫酸鋁或PACl與絮凝劑PAM組合用于造紙廢水處理時可以提升濁度TSS下降率和COD的去除率,改善絮體沉降時間降低污泥生成量[8],本實(shí)驗(yàn)為了提高效率,降低成本,選擇聚合氯化鋁(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)作為本實(shí)驗(yàn)混凝沉淀處理用藥劑。選擇藥劑的不同配比,在不同配比的條件下測得COD降解率見圖5。由圖5可以看出,加入混凝劑數(shù)量越多,SS的去除率越高,考慮到加入太多的混凝劑很不經(jīng)濟(jì),本實(shí)驗(yàn)混凝劑PAC投加量不超過800mg/L,PAM不超過300mg/L。加入氯化鈉作電解質(zhì),經(jīng)投加PAC和PAM混凝后取上清液用,調(diào)pH值為3.10,電解測得電解時間與COD降解率的關(guān)系,繪制電解時間與COD降解率的曲線圖,見圖6。對比經(jīng)混凝后調(diào)節(jié)電解的影響因素并至最佳時,得到造紙廢水的COD降解率與直接電解造紙廢水的COD的降解率。如圖6所示,在經(jīng)過投加混凝劑混凝沉淀后,COD可以去除近20%,主要是沉淀了再生紙廢水中大量的懸浮物。混凝吸附后,再次加入了0.4g/L的氯化鈉進(jìn)行電解處理。在電解的過程中,發(fā)現(xiàn)出水顏色先慢慢變成淡綠色再后面就變成淺黃色,COD去除率在70~80min的時候達(dá)到近50%。考慮到處理效果與成本的問題,本實(shí)驗(yàn)過程中,處理200min時,COD的去除率達(dá)到70%,為最佳。此時BOD/COD為0.4,比能耗為27.6(kWh/kg)。因而可以認(rèn)定,混凝電解法處理實(shí)際造紙廢水較之傳統(tǒng)的生物法具有污染物處理效率高,二次污染少,能徹底礦化絕大多數(shù)難生物降解的有機(jī)物,可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)等工藝。
結(jié)論
本實(shí)驗(yàn)選用對具有特征污染物苯環(huán)的鹽類KHP溶液中COD的降解情況,通過對新型電極材料Nb/BDD的電解特性進(jìn)行研究,確定了電極電解的主要影響因素,并確定其最佳影響因素。(1)影響Nb/BDD電解的是電流強(qiáng)度、電導(dǎo)率、電解時間、溶液的pH值等因素。(2)電解催化氧化處理造紙廢水的有機(jī)物,COD去除效率高。(3)在選定的實(shí)驗(yàn)條件下:電流2.1A,槽電壓6.9V,PAC投加量為800mg/L,PAM為300mg/L,pH值約為3,添加0.4g/L的氯化鈉作為電解質(zhì)先加混凝劑進(jìn)行沉淀后過濾,然后調(diào)節(jié)pH值約為3,再加入電解質(zhì)進(jìn)行電解。電解200min時可以達(dá)到最理想的狀態(tài),去除效率可達(dá)70%,比能耗為27.6(kWh/kg),BOD/COD為0.4。(4)Nb/BDD催化氧化再生紙廢水中主要污染物的過程較為復(fù)雜,有關(guān)降解過程及提高COD的去除效率途徑有待進(jìn)一步研究。
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