由圖2可以看出,Al2(SO4)3濃度對CODCr去除率有明顯影響。Al2(SO4)3作為支持電解質,當其濃度較低時,通過溶液的電流較弱,電解效果不理想。當Al2(SO4)3溶液濃度增加至0.155 mol/L時,CODCr去除率逐漸增至最大值73.2%。由于硫酸鋁也是一種常見的絮凝劑,其投藥量太大時會使絮凝效果明顯下降〔3〕,下述實驗中取0.16 mol/L。
2.2.2極板距離對CODCr去除率的影響
電流密度為0.028 A/cm2,Al2(SO4)3溶液濃度為0.16 mol/L,廢水pH為3,電解時間為1 h,改變極板間距分別為4、5、6、7、8、9 cm,測得廢水CODCr去除率分別為49.1%、55.5%、70.6%、59.6%、50.4%、40.7%。
隨著極板間距離增加,CODCr去除率先增加后減小,并在間距為6 cm左右達到最大值70.6%。電極間距減小,縮短了對流、擴散傳質的距離,增大了傳質的濃度梯度,強化了傳質效果,極板間距過大,會使較多的電能消耗在電阻上。但是電極間距過小使得短路電流增多,降低了電解效率,并影響操作的穩定性。
2.2.3電流密度對CODCr去除率的影響
當Al2(SO4)3溶液濃度為0.16 mol/L,極板間距離為6 cm,廢水pH為3時,改變電流密度大小,分別為0.013、0.018、0.023、0.028、0.030、0.031 5 A/cm2,電解1 h,測得廢水CODCr的去除率分別為43.3%、56.8%、61.4%、70.6%、68.2%、64.4%。可見,隨著電流密度的增加,CODCr的去除率逐漸增大,并在電流密度為0.028 A/cm2時達到最大值70.6%,繼續增大電流密度對去除率影響不大,甚至出現降低。從理論上講,電流密度越大產生的·OH濃度越高,一定時間內電解反應越迅速,CODCr的去除率越高。但電流密度過大,副反應也同時加劇,單位時間內的電極上產氣量增多并匯聚成較大氣泡,由于產生氣體沿極板上升,減少了電化學反應的有效比表面積,降低了電化學處理效果。另外,隨著電流密度增大,電解電壓過大,而本來壽命很短的·OH不能很穩定存在。
2.2.4廢水pH對CODCr去除率的影響
在電流密度為0.028 A/cm2,Al2(SO4)3溶液濃度為0.16 mol/L,極板間距為6 cm,電解時間為1 h時,改變廢水pH分別為2、3、4、5、6、7、9、11,測得CODCr去除率分別為59.6%、43.8%、38.5%、27.2%、25.3%、21.3%、14.7%。
可以看出,溶液pH對處理效果影響較大。在酸性條件下,CODCr的去除率明顯高于中性和堿性條件,當pH=2.47時,去除率達到最大值62.9%,有利于電化學催化氧化反應的進行。為便于控制條件,本實驗選擇pH=3。
2.2.5電解時間對CODCr去除率的影響
將電流密度定為0.028 A/cm2,Al2(SO4)3溶液濃度為0.16 mol/L,極板間距取6 cm,pH為3,改變電解時間,結果見圖3。
從圖3可以看出,在實驗最初10 min左右,CODCr去除率即達到71.1%,而在隨后50 min里,去除率并沒有顯著變化。CODCr去除率沒有達到100%,說明還存在一些小分子有機物難以分解去除。
2.3中間產物分析
在實驗測定的最佳處理條件下,分別取處理0、10、30、60、120 min的印染廢水,進行紫外可見光譜掃描。結果表明,廢水的紫外-可見分光光度圖中的波峰主要出現在波長220~600 nm范圍內。降解10 min后,229 nm處特征吸收峰基本消失,許多大分子有機物被降解成更小的有機酸、CO2和H2O等物質。
2.4印染廢水電催化作用前后可生化性分析
印染廢水毒性較大,通常難于生化降解。當BOD5/CODCr≥0.45時,不可生物降解的有機物僅僅占全部有機物的20%以下,易生物降解;而當BOD5/CODCr≤0.2時,不可生物降解的有機物已占全部有機物的60%以上,較難以生物降解。如果BOD5/CODCr≥0.3〔4〕,就可以采用生物降解的方法。
取原印染廢水,經過5 d的培養后,用快速BOD測量儀測量,得到BOD5平均值為129.62 mg/L;同時根據測得CODCr為1 028.49 mg/L,則BOD5/CODCr=0.126,可生化降解性較差。另取降解處理10 min后廢水,經過5 d的培養后,用同樣方法測得BOD5平均值為102.75 mg/L。此時CODCr為302.77 mg/L,BOD5/CODCr=0.34,可生化降解性較好。也就是說,如果采用電化學法處理該廢水10 min后,能明顯改善其生化降解性。
3·結論
(1)采用Fe-PbO2/不銹鋼陽極較不銹鋼陽極有更好的催化活性,對印染廢水CODCr有較好的處理效果。
(2)在廢水量為500 mL,加入13 g活性炭,用Fe-PbO2/不銹鋼作為陽極,對印染廢水CODCr處理的最佳實驗條件為:電流密度為0.028 A/cm2,Al2(SO4)3溶液濃度為0.16 mol/L,極板間距為6 cm,pH=3,電解時間為10 min后,CODCr的去除率達到71.1%。
(3)處理前后,廢水BOD5/CODCr從0.126上升至0.34,其可生化降解性顯著增大。
(4)通過對紫外光譜圖的分析可知,降解10 min后,集中在波長220~600 nm范圍內特征峰值消失,許多大分子有機物被降解氧化成更小的有機酸、CO2和H2O等物質。
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