由图2可以看出,Al2(SO4)3浓度对CODCr去除率有明显影响。Al2(SO4)3作为支持电解质,当其浓度较低时,通过溶液的电流较弱,电解效果不理想。当Al2(SO4)3溶液浓度增加至0.155 mol/L时,CODCr去除率逐渐增至最大值73.2%。由于硫酸铝也是一种常见的絮凝剂,其投药量太大时会使絮凝效果明显下降〔3〕,下述实验中取0.16 mol/L。
2.2.2极板距离对CODCr去除率的影响
电流密度为0.028 A/cm2,Al2(SO4)3溶液浓度为0.16 mol/L,废水pH为3,电解时间为1 h,改变极板间距分别为4、5、6、7、8、9 cm,测得废水CODCr去除率分别为49.1%、55.5%、70.6%、59.6%、50.4%、40.7%。
随着极板间距离增加,CODCr去除率先增加后减小,并在间距为6 cm左右达到最大值70.6%。电极间距减小,缩短了对流、扩散传质的距离,增大了传质的浓度梯度,强化了传质效果,极板间距过大,会使较多的电能消耗在电阻上。但是电极间距过小使得短路电流增多,降低了电解效率,并影响操作的稳定性。
2.2.3电流密度对CODCr去除率的影响
当Al2(SO4)3溶液浓度为0.16 mol/L,极板间距离为6 cm,废水pH为3时,改变电流密度大小,分别为0.013、0.018、0.023、0.028、0.030、0.031 5 A/cm2,电解1 h,测得废水CODCr的去除率分别为43.3%、56.8%、61.4%、70.6%、68.2%、64.4%。可见,随着电流密度的增加,CODCr的去除率逐渐增大,并在电流密度为0.028 A/cm2时达到最大值70.6%,继续增大电流密度对去除率影响不大,甚至出现降低。从理论上讲,电流密度越大产生的·OH浓度越高,一定时间内电解反应越迅速,CODCr的去除率越高。但电流密度过大,副反应也同时加剧,单位时间内的电极上产气量增多并汇聚成较大气泡,由于产生气体沿极板上升,减少了电化学反应的有效比表面积,降低了电化学处理效果。另外,随着电流密度增大,电解电压过大,而本来寿命很短的·OH不能很稳定存在。
2.2.4废水pH对CODCr去除率的影响
在电流密度为0.028 A/cm2,Al2(SO4)3溶液浓度为0.16 mol/L,极板间距为6 cm,电解时间为1 h时,改变废水pH分别为2、3、4、5、6、7、9、11,测得CODCr去除率分别为59.6%、43.8%、38.5%、27.2%、25.3%、21.3%、14.7%。
可以看出,溶液pH对处理效果影响较大。在酸性条件下,CODCr的去除率明显高于中性和碱性条件,当pH=2.47时,去除率达到最大值62.9%,有利于电化学催化氧化反应的进行。为便于控制条件,本实验选择pH=3。
2.2.5电解时间对CODCr去除率的影响
将电流密度定为0.028 A/cm2,Al2(SO4)3溶液浓度为0.16 mol/L,极板间距取6 cm,pH为3,改变电解时间,结果见图3。
从图3可以看出,在实验最初10 min左右,CODCr去除率即达到71.1%,而在随后50 min里,去除率并没有显著变化。CODCr去除率没有达到100%,说明还存在一些小分子有机物难以分解去除。
2.3中间产物分析
在实验测定的最佳处理条件下,分别取处理0、10、30、60、120 min的印染废水,进行紫外可见光谱扫描。结果表明,废水的紫外-可见分光光度图中的波峰主要出现在波长220~600 nm范围内。降解10 min后,229 nm处特征吸收峰基本消失,许多大分子有机物被降解成更小的有机酸、CO2和H2O等物质。
2.4印染废水电催化作用前后可生化性分析
印染废水毒性较大,通常难于生化降解。当BOD5/CODCr≥0.45时,不可生物降解的有机物仅仅占全部有机物的20%以下,易生物降解;而当BOD5/CODCr≤0.2时,不可生物降解的有机物已占全部有机物的60%以上,较难以生物降解。如果BOD5/CODCr≥0.3〔4〕,就可以采用生物降解的方法。
取原印染废水,经过5 d的培养后,用快速BOD测量仪测量,得到BOD5平均值为129.62 mg/L;同时根据测得CODCr为1 028.49 mg/L,则BOD5/CODCr=0.126,可生化降解性较差。另取降解处理10 min后废水,经过5 d的培养后,用同样方法测得BOD5平均值为102.75 mg/L。此时CODCr为302.77 mg/L,BOD5/CODCr=0.34,可生化降解性较好。也就是说,如果采用电化学法处理该废水10 min后,能明显改善其生化降解性。
3·结论
(1)采用Fe-PbO2/不锈钢阳极较不锈钢阳极有更好的催化活性,对印染废水CODCr有较好的处理效果。
(2)在废水量为500 mL,加入13 g活性炭,用Fe-PbO2/不锈钢作为阳极,对印染废水CODCr处理的最佳实验条件为:电流密度为0.028 A/cm2,Al2(SO4)3溶液浓度为0.16 mol/L,极板间距为6 cm,pH=3,电解时间为10 min后,CODCr的去除率达到71.1%。
(3)处理前后,废水BOD5/CODCr从0.126上升至0.34,其可生化降解性显著增大。
(4)通过对紫外光谱图的分析可知,降解10 min后,集中在波长220~600 nm范围内特征峰值消失,许多大分子有机物被降解氧化成更小的有机酸、CO2和H2O等物质。
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