文章编号:1673-1212(2006)06-0087-04
电凝聚气浮法处理废水机理的实验研究
俞梁敏,李焱
1
2
(1.昆山市环境监测站,江苏昆山215300;2.上海航天环境监测站,上海200000)
摘 要:电凝聚气浮法主要两种反应来去除废水中的COD,主导作用的反应也不同,,Fe2+在水中的作用的实验来观测实际的处理效果,化还原反应都不强,,,电解氧化还原反应起到了非常明显的作用。关键词:电凝聚;;;中图分类号:X703.文献标识码:A
1 电凝聚气浮法简介
电凝聚气浮法是絮凝法污水处理中的一种。其原理是,在电解质溶液中,电解质分子离解为正离子和负离子。在电解质溶液两端接通电源后,在电场的作用下,正离子向阴极迁移,负离子向阳极迁移。电解质溶液是依靠离子的迁移来导电的,而电极中则是电子来导电。当离子流动转为电子流动时,必然发生电子转移,即发生电化学氧化还原反应。废水一般含有多种成分的电解质溶液,具有一定的导电性。在外加电流情况下,废水的化学成分,不溶性杂质的性质和状态,将随着发生变化。如果电极采用可溶性阳极如铁或铝,在阳极将产生金属电极溶解,由此产生的铁或铝的阳离子,在水中移动与羟基(OH)结合,生成它们的氢氧化物,这些就是目前广泛使用的混凝剂。同时,在电极之间还产生气泡,混凝剂使气泡可靠的黏附于絮凝体之上,污染物强烈的被凝聚和吸附,从而得到较好的气浮效果。另外在溶液中产生的氯、氧等物质,破坏了污染颗粒表面的水化膜,从而产生污染物的凝聚。
-
Fe2++H2O2→Fe3++・OH+OH-Fe2++・OH→Fe3++OH-
・OH+H2O2→HO2・+H2O
HO2・+H2O2→H2O+・OH+O2
由于亚铁离子与过氧化氢的反应极为活泼,在废水中加入过氧化氢后,电解生成的亚铁离子,还没有水解就先与过氧化氢反应,生成氧化性很强的・OH基团。・OH基团的强氧化性可以氧化较多的还原性物质即COD,这个就是电凝聚气浮法的氧化还原机理。
而絮凝反应的机理为:电解产生的铁离子与羟基结合生成氢氧化物,再经水解和缩聚反应形成高分子聚合物,具有线性结构。这类高分子物质可被胶体微粒所强烈吸附。当它一端吸附某一胶粒后,另一端又吸附另一胶粒,在相距较远地两胶粒间进行吸附架桥,时颗粒结成较大的絮凝体,从而能够沉淀。
在这两种反应中,哪个作用占主导,目前还不十分明确,而这个问题将直接影响到装置的设计和废水去除的效率。本实验研究主要就是通过改变水中的过氧化氢浓度,即改变亚铁离子在水中的作用,来研究哪个作用是主要的,藉此作为电凝聚装置设计的依据。如果废水中加入过氧化氢时COD去除效率明显增加,表明在废水去除中起主导作用的是氧化还原反应,如果COD去除效率变化不大,甚至下降,说明电解絮凝是主要作用。
2 实验原理及目的
电凝聚气浮法处理废水主要有两种反应,即电化学氧化还原反应和絮凝反应。其中电化学氧化还原反应的原理如下:
在酸性条件下,H2O2在Fe2+的催化作用下形成活泼的・OH自由基团,・OH基团激烈撞击有机物分子,可将有机物进行氧化。这个反应就是Fenton反应。反应机理如
下:
3 实验装置
实验装置如图1所示。
收稿日期:2006-06-20
作者简介:俞梁敏(1975-),男,学士,工程师,主要从事环境监测技术与管理工作。
・87・
1.集水池;2.流量调节阀;4.高位槽;5.流量调节阀;6.LZB-60转子流量计;7.电凝聚气浮池;8.电极;9.整流
电源;10.上下出水调节阀;11.上浮污泥集泥外排装置;12.电解气浮池;13.电解气浮池阳极;14.电解气浮池阴极
图1 电凝聚气浮法处理废水实验装置
4 实验结果及分析
由于不同成分的污水对于电凝聚去除效果有着不同的影响。本实验使用三种不同的代表性污水即餐饮类废水、印染废水和有机废水进行研究,主要的检测指标是COD的去除率。COD的测定方法是重铬酸盐法(GB11914-89)。
4.1 餐饮类废水实验结果
表1 加入H2O2浓度为COD1.5倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
表3 加入H2O2浓度为COD0.5倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
进水COD
(mgΠL)[**************]2
出水COD
(mgΠL)[1**********]372
COD去除率
(%)22.045.171.980.0
进水COD
(mgΠL)
[**************]2
出水COD
(mgΠL)
[1**********]390
COD去除率
(%)
表4 未加入H2O2时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
Π
2.754.579.0
进水COD
(mgΠL)
[**************]3
出水COD
(mgΠL)
[1**********]70
COD去除率
(%)
36.060.179.189.5
表2 加入H2O2浓度为COD1.0倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)1020
4060
进水COD
(
mgΠL)
[**************]2
出水COD
(mgΠL)
2174
1491710300
COD去除率
(%)
Π
19.961.883.9
以上实验电流密度I为10.3AΠm2,废水pH值为7.0。
从图2可知,在餐饮类废水中加入过氧化氢后在开始很长时间内COD去除率反而下降,而且加入过氧化氢越高,COD去除率越低,说明在这段时间里,餐饮类废水的处理以电解絮凝为主,加入过氧化氢效果反而变差了。同时看到开始加入过氧化氢可能会导致COD值升高。这可能因为废水中洗涤剂成份含有苯环类物质,在测定时重
取样时间(min)
图2 H2O2加入量对餐饮类废水COD去除率的影响
・88・
铬酸钾难以将苯环完全氧化,而加入过氧化氢后,生成的活泼性・OH可将苯环打开,致使COD值升高。另外从图2中曲线趋势可以预知,时间越久,加入过氧化氢处理效果越好,说明电解氧化还原反应作用要在长时间内效果才比较好。而电解絮凝作用能在较短时间内将表面活性剂等物质絮凝。考虑在去除COD大部分时间内,电解絮凝起到了更为主要的作用,因此,在设计时应以此为依据。
4.2 印染废水实验结果
表5 加入H2O2浓度为COD1.5倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
表7 加入H2O
2浓度为
COD0.5倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
进水COD
(mgΠL)[**************]6
出水COD
(mgΠL)[1**********]7COD去除率
(%)29.129.531.431.8
表8 )10204060
进水COD
(mgΠL)[1**********]6
出水COD
(mgΠL
)12971297
COD去除率
%)618.533.034.4
(mgΠL)[**************]6
出水COD
(mgΠL)[**************]5
COD去除率
(%)32.539.543.544.0
表6 加入H2O2浓度为COD1.0倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
以上实验电流密度I为10.3AΠm2,废水pH值为14。
该印染废水pH值为14,比较高,不利于Fenton反应,因此对于这样的废水,Fenton反应的效果是不明显的。另外,由于该废水碱性极强,容易使铁极板钝化,阻止铁的溶解,而且pH值过高,羟基络和物带负电过多,不利于吸附带负电的胶粒,因此,不加入过氧化氢的原水COD去除率也不高见图3。
进水COD
(mgΠL)
[**************]6
出水COD
(mgΠL)
[**************]0
COD去除率
(%)
Π
35.435.540.1
取样时间(min)
图3 H2O2加入量对印染废水COD去除率的影响
4.3 有机废水实验结果
表9 加入H2O2浓度为COD1.5倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
表10 加入H2O2浓度为COD1.0倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
进水COD
(mgΠL)[**************]1
出水COD
(mgΠL)[1**********]2
COD去除率
(%)36.049.953.167.3
进水COD
(mgΠL)[**************]1
出水COD
(mgΠL)[1**********]0
COD去除率
(%)36.040.343.146.1
・89・
表11 加入H2O2浓度为COD0.5倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
表12 未加入H2O2时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
进水COD
(mgΠL)[**************]5
出水COD
(mgΠL)[1**********]5
COD去除率
(%)24.639.339.345.6
进水COD
(mgΠL)[**************]1
出水COD
(mgΠL)926899795COD去除率
(%)31.533.441.143.7
图4 H2O2加入量对有机废水COD去除率的影响
以上实验电流密度I为10.3AΠm2,废水pH值为9。该有机废水主要成分含有羟基吡嗪,氯乙酰胺,另外还有咪唑酮等物质,只有絮凝法很难将它们除去。而Fen2ton反应中产生的・OH就可以将它们氧化。但要加入过氧化氢量较大时,效果才比较明显。当水中过氧化氢的浓度不高时,对处理效果影响不大。从上可以得知,对于有机废水Fenton反应是有用的,但是只有加入较大量的过氧化氢时才有明显效果。而加入的前一段时间内还可能导致
COD去除率下降,原因如餐饮废水一样。总的说来,对于
成分较多的有机废水,电解絮凝很难将芳香族化合物打开,主要依靠氧化还原作用产生的・OH将它们氧化成H2O和
CO2。对于餐饮废水,它的主要作用为糖,盐,蛋白质,氧化
还原作用对它们效果不强。另外,在溶液中产生的氯、氧等物质,也并不是单纯的起到氧化还原作用,它们可以破坏污染物颗粒表面的水化膜,提高污染物颗粒的凝聚效果。并且餐饮类废水含有表面活性剂,铁或铝的絮凝剂在表面活性剂存在的情况下絮凝效果更佳,因此对于餐饮废水的处理,电解絮凝起到了更为主要的作用,这样对于电凝聚的装置设计,应以电解絮凝的最佳效果来确定参数。
参考文献:
[1]陈翼孙.胡斌.气浮法净水技术的研究与应用
[M].上海:上海科学技术出版社,1983.18-22.
[2]张冯滨.官举德.电凝聚法除铁研究[J].水处理技
处理这类有机废水,电凝聚法的氧化还原作用较强见图
4。
5 小结
通过以上实验,对于不同的废水,电凝聚法处理所起的作用也是不同的。对于碱性强的废水,电解絮凝作用和电解氧化还原作用都不强。对于有机废水,特别是含苯环类
术,1997.(23).60-62.
ExperimentStudyfortheTreatmentoftheWastewaterbyElectrofLocculation
YULiang-min,LIyan
1
2
(1.KunshanEnvironmentalMonitoringStation,Kunshan215300,China;
2.ShanghaiAstronauticsEnvironmentalMonitoringStation,Shanghai200000,China)
Abstract:Therehavetworeactionswhichareelectrochemicaloxidation-reductionandflocculationintreatmentofwastewaterbyelectroflocculation.Thekeyreactionisdifferentintreatmentofdifferentwastewater.,thatwilleffectthedesignofthedevice.Itwillbeknowwhichisthekeyreactionbychangingtheconcentration
ofthe
H2O2inthewastewater.Expreimentstudyshowsthatnokeyreactionintreatmentofalkaliwastewater.Butelectrochemicaloxidation-reductionismajorintreatmentoforganicwastewaterinparticularofmorebenzeneorganic.
Keywords:electroflocculation;oxidation-reduction;flocculation;reaction;CODremovingefficiency
・90・
文章编号:1673-1212(2006)06-0087-04
电凝聚气浮法处理废水机理的实验研究
俞梁敏,李焱
1
2
(1.昆山市环境监测站,江苏昆山215300;2.上海航天环境监测站,上海200000)
摘 要:电凝聚气浮法主要两种反应来去除废水中的COD,主导作用的反应也不同,,Fe2+在水中的作用的实验来观测实际的处理效果,化还原反应都不强,,,电解氧化还原反应起到了非常明显的作用。关键词:电凝聚;;;中图分类号:X703.文献标识码:A
1 电凝聚气浮法简介
电凝聚气浮法是絮凝法污水处理中的一种。其原理是,在电解质溶液中,电解质分子离解为正离子和负离子。在电解质溶液两端接通电源后,在电场的作用下,正离子向阴极迁移,负离子向阳极迁移。电解质溶液是依靠离子的迁移来导电的,而电极中则是电子来导电。当离子流动转为电子流动时,必然发生电子转移,即发生电化学氧化还原反应。废水一般含有多种成分的电解质溶液,具有一定的导电性。在外加电流情况下,废水的化学成分,不溶性杂质的性质和状态,将随着发生变化。如果电极采用可溶性阳极如铁或铝,在阳极将产生金属电极溶解,由此产生的铁或铝的阳离子,在水中移动与羟基(OH)结合,生成它们的氢氧化物,这些就是目前广泛使用的混凝剂。同时,在电极之间还产生气泡,混凝剂使气泡可靠的黏附于絮凝体之上,污染物强烈的被凝聚和吸附,从而得到较好的气浮效果。另外在溶液中产生的氯、氧等物质,破坏了污染颗粒表面的水化膜,从而产生污染物的凝聚。
-
Fe2++H2O2→Fe3++・OH+OH-Fe2++・OH→Fe3++OH-
・OH+H2O2→HO2・+H2O
HO2・+H2O2→H2O+・OH+O2
由于亚铁离子与过氧化氢的反应极为活泼,在废水中加入过氧化氢后,电解生成的亚铁离子,还没有水解就先与过氧化氢反应,生成氧化性很强的・OH基团。・OH基团的强氧化性可以氧化较多的还原性物质即COD,这个就是电凝聚气浮法的氧化还原机理。
而絮凝反应的机理为:电解产生的铁离子与羟基结合生成氢氧化物,再经水解和缩聚反应形成高分子聚合物,具有线性结构。这类高分子物质可被胶体微粒所强烈吸附。当它一端吸附某一胶粒后,另一端又吸附另一胶粒,在相距较远地两胶粒间进行吸附架桥,时颗粒结成较大的絮凝体,从而能够沉淀。
在这两种反应中,哪个作用占主导,目前还不十分明确,而这个问题将直接影响到装置的设计和废水去除的效率。本实验研究主要就是通过改变水中的过氧化氢浓度,即改变亚铁离子在水中的作用,来研究哪个作用是主要的,藉此作为电凝聚装置设计的依据。如果废水中加入过氧化氢时COD去除效率明显增加,表明在废水去除中起主导作用的是氧化还原反应,如果COD去除效率变化不大,甚至下降,说明电解絮凝是主要作用。
2 实验原理及目的
电凝聚气浮法处理废水主要有两种反应,即电化学氧化还原反应和絮凝反应。其中电化学氧化还原反应的原理如下:
在酸性条件下,H2O2在Fe2+的催化作用下形成活泼的・OH自由基团,・OH基团激烈撞击有机物分子,可将有机物进行氧化。这个反应就是Fenton反应。反应机理如
下:
3 实验装置
实验装置如图1所示。
收稿日期:2006-06-20
作者简介:俞梁敏(1975-),男,学士,工程师,主要从事环境监测技术与管理工作。
・87・
1.集水池;2.流量调节阀;4.高位槽;5.流量调节阀;6.LZB-60转子流量计;7.电凝聚气浮池;8.电极;9.整流
电源;10.上下出水调节阀;11.上浮污泥集泥外排装置;12.电解气浮池;13.电解气浮池阳极;14.电解气浮池阴极
图1 电凝聚气浮法处理废水实验装置
4 实验结果及分析
由于不同成分的污水对于电凝聚去除效果有着不同的影响。本实验使用三种不同的代表性污水即餐饮类废水、印染废水和有机废水进行研究,主要的检测指标是COD的去除率。COD的测定方法是重铬酸盐法(GB11914-89)。
4.1 餐饮类废水实验结果
表1 加入H2O2浓度为COD1.5倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
表3 加入H2O2浓度为COD0.5倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
进水COD
(mgΠL)[**************]2
出水COD
(mgΠL)[1**********]372
COD去除率
(%)22.045.171.980.0
进水COD
(mgΠL)
[**************]2
出水COD
(mgΠL)
[1**********]390
COD去除率
(%)
表4 未加入H2O2时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
Π
2.754.579.0
进水COD
(mgΠL)
[**************]3
出水COD
(mgΠL)
[1**********]70
COD去除率
(%)
36.060.179.189.5
表2 加入H2O2浓度为COD1.0倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)1020
4060
进水COD
(
mgΠL)
[**************]2
出水COD
(mgΠL)
2174
1491710300
COD去除率
(%)
Π
19.961.883.9
以上实验电流密度I为10.3AΠm2,废水pH值为7.0。
从图2可知,在餐饮类废水中加入过氧化氢后在开始很长时间内COD去除率反而下降,而且加入过氧化氢越高,COD去除率越低,说明在这段时间里,餐饮类废水的处理以电解絮凝为主,加入过氧化氢效果反而变差了。同时看到开始加入过氧化氢可能会导致COD值升高。这可能因为废水中洗涤剂成份含有苯环类物质,在测定时重
取样时间(min)
图2 H2O2加入量对餐饮类废水COD去除率的影响
・88・
铬酸钾难以将苯环完全氧化,而加入过氧化氢后,生成的活泼性・OH可将苯环打开,致使COD值升高。另外从图2中曲线趋势可以预知,时间越久,加入过氧化氢处理效果越好,说明电解氧化还原反应作用要在长时间内效果才比较好。而电解絮凝作用能在较短时间内将表面活性剂等物质絮凝。考虑在去除COD大部分时间内,电解絮凝起到了更为主要的作用,因此,在设计时应以此为依据。
4.2 印染废水实验结果
表5 加入H2O2浓度为COD1.5倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
表7 加入H2O
2浓度为
COD0.5倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
进水COD
(mgΠL)[**************]6
出水COD
(mgΠL)[1**********]7COD去除率
(%)29.129.531.431.8
表8 )10204060
进水COD
(mgΠL)[1**********]6
出水COD
(mgΠL
)12971297
COD去除率
%)618.533.034.4
(mgΠL)[**************]6
出水COD
(mgΠL)[**************]5
COD去除率
(%)32.539.543.544.0
表6 加入H2O2浓度为COD1.0倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
以上实验电流密度I为10.3AΠm2,废水pH值为14。
该印染废水pH值为14,比较高,不利于Fenton反应,因此对于这样的废水,Fenton反应的效果是不明显的。另外,由于该废水碱性极强,容易使铁极板钝化,阻止铁的溶解,而且pH值过高,羟基络和物带负电过多,不利于吸附带负电的胶粒,因此,不加入过氧化氢的原水COD去除率也不高见图3。
进水COD
(mgΠL)
[**************]6
出水COD
(mgΠL)
[**************]0
COD去除率
(%)
Π
35.435.540.1
取样时间(min)
图3 H2O2加入量对印染废水COD去除率的影响
4.3 有机废水实验结果
表9 加入H2O2浓度为COD1.5倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
表10 加入H2O2浓度为COD1.0倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
进水COD
(mgΠL)[**************]1
出水COD
(mgΠL)[1**********]2
COD去除率
(%)36.049.953.167.3
进水COD
(mgΠL)[**************]1
出水COD
(mgΠL)[1**********]0
COD去除率
(%)36.040.343.146.1
・89・
表11 加入H2O2浓度为COD0.5倍时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
表12 未加入H2O2时COD去除率与时间的关系取样时间
(min)10204060
进水COD
(mgΠL)[**************]5
出水COD
(mgΠL)[1**********]5
COD去除率
(%)24.639.339.345.6
进水COD
(mgΠL)[**************]1
出水COD
(mgΠL)926899795COD去除率
(%)31.533.441.143.7
图4 H2O2加入量对有机废水COD去除率的影响
以上实验电流密度I为10.3AΠm2,废水pH值为9。该有机废水主要成分含有羟基吡嗪,氯乙酰胺,另外还有咪唑酮等物质,只有絮凝法很难将它们除去。而Fen2ton反应中产生的・OH就可以将它们氧化。但要加入过氧化氢量较大时,效果才比较明显。当水中过氧化氢的浓度不高时,对处理效果影响不大。从上可以得知,对于有机废水Fenton反应是有用的,但是只有加入较大量的过氧化氢时才有明显效果。而加入的前一段时间内还可能导致
COD去除率下降,原因如餐饮废水一样。总的说来,对于
成分较多的有机废水,电解絮凝很难将芳香族化合物打开,主要依靠氧化还原作用产生的・OH将它们氧化成H2O和
CO2。对于餐饮废水,它的主要作用为糖,盐,蛋白质,氧化
还原作用对它们效果不强。另外,在溶液中产生的氯、氧等物质,也并不是单纯的起到氧化还原作用,它们可以破坏污染物颗粒表面的水化膜,提高污染物颗粒的凝聚效果。并且餐饮类废水含有表面活性剂,铁或铝的絮凝剂在表面活性剂存在的情况下絮凝效果更佳,因此对于餐饮废水的处理,电解絮凝起到了更为主要的作用,这样对于电凝聚的装置设计,应以电解絮凝的最佳效果来确定参数。
参考文献:
[1]陈翼孙.胡斌.气浮法净水技术的研究与应用
[M].上海:上海科学技术出版社,1983.18-22.
[2]张冯滨.官举德.电凝聚法除铁研究[J].水处理技
处理这类有机废水,电凝聚法的氧化还原作用较强见图
4。
5 小结
通过以上实验,对于不同的废水,电凝聚法处理所起的作用也是不同的。对于碱性强的废水,电解絮凝作用和电解氧化还原作用都不强。对于有机废水,特别是含苯环类
术,1997.(23).60-62.
ExperimentStudyfortheTreatmentoftheWastewaterbyElectrofLocculation
YULiang-min,LIyan
1
2
(1.KunshanEnvironmentalMonitoringStation,Kunshan215300,China;
2.ShanghaiAstronauticsEnvironmentalMonitoringStation,Shanghai200000,China)
Abstract:Therehavetworeactionswhichareelectrochemicaloxidation-reductionandflocculationintreatmentofwastewaterbyelectroflocculation.Thekeyreactionisdifferentintreatmentofdifferentwastewater.,thatwilleffectthedesignofthedevice.Itwillbeknowwhichisthekeyreactionbychangingtheconcentration
ofthe
H2O2inthewastewater.Expreimentstudyshowsthatnokeyreactionintreatmentofalkaliwastewater.Butelectrochemicaloxidation-reductionismajorintreatmentoforganicwastewaterinparticularofmorebenzeneorganic.
Keywords:electroflocculation;oxidation-reduction;flocculation;reaction;CODremovingefficiency
・90・