［摘要］印染廢水成分復雜，可生化降解性差。采用Fe-PbO2/不銹鋼為陽極，不銹鋼為陰極，活性炭為顆粒電極，電催化氧化處理上海某印染廠廢水。當pH為3，電流密度為0.028 A/cm2，硫酸鋁濃度為0.16 mol/L，極板距離為6 cm，電解時間為10 min時CODCr去除率達到71.1%，BOD5/CODCr由處理前的0.126上升為0.34，可生化降解性明顯提高。Fe-PbO2/不銹鋼陽極和不銹鋼陽極在印染廢水中的循環伏安曲線表明鍍PbO2層的不銹鋼電極具有較好的催化活性。
［關鍵詞］印染廢水；電化學催化氧化；CODCr；BOD5
印染廢水具有水量大、有機污染物含量高、色度深、堿性大、水質變化大等特點，屬難處理的工業廢水之一。特別是近年來化學纖維織物的發展，仿真絲的興起和印染后整理技術的進步，難生化降解的有機物大量進入印染廢水，其CODCr也由原先的數百mg/L上升到2 000～3 000 mg/L，使原有的生物處理系統CODCr去除率從70%下降到50%左右，甚至更低。傳統的生物處理工藝已受到嚴重挑戰。
電化學法利用電解過程而無需添加絮凝劑、氧化劑等化學藥品，設備占地小，后處理簡便，常被稱為一種清潔的處理工藝，具有很高的靈活性，既可作為單獨處理工藝使用，又可以與其他工藝相結合。例如作為前處理，可以將難降解有機物或生物毒性污染物轉化為可生物降解物質，從而提高廢水的可生物降解性。依靠電化學催化所特有的電催化功能，選擇性地使有機物降解氧化到某一特定階段，是電化學方法最具吸引力和挑戰性的地方。
三維電極是在傳統二維電解槽電極間裝填粒狀或其他碎屑狀電極材料，形成許多微電極，在工作電極材料表面發生電化學反應〔1〕。因此具有電流效率高、時空產率大、操作簡便靈活等特點。
實驗采用三維電極體系對上海某印染廠廢水進行處理，改善該廢水的可生化降解性。測定了處理前后廢水的CODCr、BOD5，并對處理過程中間產物進行了分析。
1·實驗部分
1.1主要儀器及藥品
儀器：M206382型直流穩壓電源，上海熙順電氣有限公司；79HW-1型恒溫磁力攪拌器，浙江樂成電器廠；CHI660C電化學工作站，上海辰華儀器公司；化學耗氧量分析儀、DRB200型消解器，美國哈希公司；WQA4810型水質生物耗氧量分析儀，北斗星儀器廠。
藥品：活性炭，Pb（NO3）2，HCl，HNO3，H2SO4，NaOH，NaF，Fe2（SO4）3，Al2（SO4）3，國藥集團化學試劑有限公司生產，均為分析純。
印染廢水水樣來自于上海某印染廠總出水口，其pH為10，CODCr為1028.49mg/L，BOD5為129.62 mg/L。
1.2活性炭顆粒電極預處理
將活性炭用去離子水清洗后放入沸水中，在攪拌下煮沸1 h，再用去離子水反復沖洗、過濾，將濾出的活性炭放入坩堝中，在110℃烘箱中烘2 h，待冷卻后封裝備用。
為了排除活性炭吸附作用對實驗結果的影響，在實驗前將其經過長時間的浸泡。稱取活性炭40 g，放入燒杯中，加入印染廢水500 mL，浸泡8 h，當水樣吸光度不再變化時，達到吸附飽和。
1.3 Fe-PbO2/不銹鋼電極的制備
將尺寸為2 cm×2 cm×0.05 cm的不銹鋼板用0.043 mm（320目）砂紙打磨至表面光滑，用去離子水沖洗干凈，再用0.023 mm（600目）砂紙打磨至表面光亮，沖洗，擦干后置于質量分數為40%的NaOH溶液中浸泡30 min后取出，沖凈后再置入稀HCl中浸泡5 min。取出后迅速沖洗干凈，晾干，放入無水乙醇中待用。
將2塊同等面積的不銹鋼板從無水乙醇中取出，分別作為陰極、陽極，吹干后迅速放入電沉積溶液中，控制浸入液體的電極有效面積為8 cm2，室溫下用磁力攪拌器攪拌，控制電流密度0.002 A/cm2，30 min后，在陽極上獲得均勻PbO2涂層。電沉積溶液組成為〔2〕：0.35 mol/L的Pb（NO3）2、0.1 mol/L的HNO3、0.25 mol/L的Fe2（SO4）3溶液及40 mmol/L的NaF添加劑。在此工藝條件下制備出的Fe-PbO2/不銹鋼電極，摻雜PbO2催化層致密均勻。
1.4陽極材料的選擇
電極表面上產生的強氧化性中間體如羥基自由基主要在陽極表面產生，它所面臨的主要競爭副反應就是陽極氧氣的析出。因此作為電催化來氧化降解有機物的陽極必須具有較高的析氧超電位。分別用厚度、面積相同的不銹鋼板和Fe-PbO2/不銹鋼電極做陽極，同樣面積的不銹鋼板作陰極，飽和甘汞電極為參比電極，使用CHI660C型電化學工作站，在硫酸鋁-印染廢水溶液中，用循環伏安法進行對比實驗。分析比較兩種電極對印染廢水的催化活性。
1.5印染廢水處理效果實驗
取廢水500 mL，加入適量Al2（SO4）3作為支持電解質，用制備好的Fe-PbO2/不銹鋼電極作為陽極，同等面積的不銹鋼板為陰極，飽和活性炭作為顆粒電極，外加直流電源，攪拌，電解一段時間后，取樣，測定其CODCr，計算CODCr的去除率。并分別測定硫酸鋁溶液的濃度、極板距離、電流密度、廢水pH以及電解時間等因素對CODCr處理效果的影響CODCr用化學耗氧量分析儀測定，BOD5用WQA4810型水質生物耗氧量分析儀測定
2·結果與討論
2.1電極電催化活性比較
在加有硫酸鋁的印染廢水中，分別測定不銹鋼電極、Fe-PbO2/不銹鋼電極的循環伏安曲線，見圖1。電壓范圍：-2.5～+2.5 V，掃描速率為0.05 V/s。
從圖1可以看出，Fe-PbO2/不銹鋼電極的析氫、析氧電位比不銹鋼電極有明顯提高。由于析氧反應是有機物降解的主要副反應，析氧電位越低，該副反應越易發生，通過的電流大部分用于析氧反應，降解效率就會下降〔3〕。
從圖1還可以看到，Fe-PbO2/不銹鋼電極的氧化還原峰比不銹鋼電極明顯，Fe-PbO2/不銹鋼電極的循環伏安曲線上，印染廢水的陽極峰電位Epa與陰極峰電位Epc分別為-0.1 V，峰電位差△E（Epa-Epc）為-0.1 V，氧化峰沒有還原峰明顯，因而該氧化物電極上的電化學反應為準可逆過程。循環伏安曲線表明Fe-PbO2/不銹鋼電極對印染廢水的氧化還原反應較不銹鋼電極體系有較大的催化活性。另外，金屬氧化物電極的過電位一般較金屬電極高，更有利于強氧化劑·OH的生成，有利于印染廢水中復雜有機物氧化降解。
2.2印染廢水CODCr處理效果的影響因素分析
2 .2.1 Al2（SO4）3濃度對CODCr去除率的影響
取500 mL廢水，電解槽極板間距為6 cm，pH=3，電流密度為0.028 A/cm2，投加活性炭13 g。Al2（SO4）3的投加量分別取0、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25 mol/L。電解1 h后，取樣測定COD，結果見圖2。
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