电化学降解高COD废水研究

2017年01月电化学降解高COD废水研究张冰1,2顾振华2严成2朱君军2赵吉1章宏燕1（1.苏州云瑞环境科技有限公司，江苏苏州215100；2.苏州市铂瑞工业材料科技有限公司，江苏苏州215100）ResearchonTreatmentofWastewaterwithHighCODbyElectrochemicalDegradationZHANGBing1,2GUZhen-hua2YAN-Cheng2ZHUJun-jun2ZHAOJi1ZHANGHong-yan1(SuzhouYunRuiwatertechnologyCO.,LTD,JiangsuSuzhou,215100;SuzhouBoRuiIndustrialMaterialScience&TechnologyCO.,LTD,JiangsuSuzhou,215100)摘要:本文对高COD废水进行电化学降解测试分析，结果表明：电化学降解不仅可去除废水中的色度，还可以降解化学需氧量（COD），且COD越高，电解效率越高，而电导率和pH基本不变。关键词:钛阳极；电氧化；COD；电导率；pH；电解效率；直流电耗Abstract:ThispaperdescribedanalyzerontreatmentofwastewaterwithhighCODbyelectrochemicaldegradation.Theresultshowsthatthecolorofwastewaterisremovedbyelectro⁃chemicaldegradation，andCODcanbedegradedaswell,withhigherCODofwastewater，theelectrolyticefficiencyishigher，electricalconductivityandpHisinvariability.Keywords:titaniumanode;electro-oxidation;COD;elec⁃tricalconductivity;electrolyticefficiency;pH;directcurrentwast⁃age传统处理废水中COD主要采用化学法和生化法。化学法是向废水中加入强氧化剂，很难控制加入氧化剂量，易造成二次污染；生化法对环境温度及废水成分要求较高。对于处理高污染废水COD，传统方法投入及运行成本非常高，或较难处理。电化学氧化处理废水中COD[1-3]，采用绿色试剂——“电子”[4]作为氧化剂和催化剂，为真正的清洁技术，对环境友好，该方法不需要向水样中添加氧化剂，不会引入其它化学物质，无二次污染，其反应条件温和，可在常温常压[4-6]下进行，大部分有机物最后可电化学燃烧成二氧化碳和水，小部分大分子难降解有机物可降解成小分子物质，同时兼具气浮、絮凝、杀菌[7]等作用，已被认为是适合高污染废水处理COD的最好方法之一。1实验部分1.1材料及仪器电极组（自制），FE320型pH计（瑞士梅特勒-托利多）、DDS-11A电导率仪（上海大普仪器有限公司），DDK型直流稳压开关电源（绍兴市承天电器有限公司），电解装置见图1。图1电解装置1.2实验步骤取废水样2L置于5L烧杯中，放入电解组，接通直流电源，调至电流为102A进行电解。在不同电解时间取样，观察并测试对应pH、电导率及COD，COD测试方法参照文献[8]。2实验结果与讨论2.1废水表观变化三种试样分别电解5h，每1h取样一次，结果如图3-1到3-3，随着电解时间的增加，试样颜色由深变浅；1号水样电解3h时，水样颜色基本变澄清；2号水样电解1h时，水样颜色基本变澄清；3号水样电解2h时，水样颜色基本变澄清。原水样颜色越浅，电解去除水样颜色时间越短。环保安全1522017年01月图1不同废水样随电解时间的表观变化2.2废水的pH和电导率变化如表3-1，水样的pH偏碱性，电解后略微下降，电解处理废水对水样中的pH影响不大，这也表明电解反应主要为COD的去除反应。水样电导率较大，导电性较好，可有效提高电解时的效率，无需额外添加电解质；电解后的电导率基本保持不变，表面电解对导电离子没有去除作用，由于电导率保持不变，水样在电解时由于浓差极化，可使阴阳极间支持电解质浓度上升，槽压不断下降，有利于降低能耗。表1不同水样的pH和电导率参数/序号pH电导率/mS·cm-1123123原水样9.208.248.0130.535.029.7电解5h8.738.078.1430.835.229.72.3废水的COD变化不同电解时间的废水的COD变化如表3-2，其COD去除率如表3-3，原水样的COD较高，电解1h，COD去除量最高，去除率最高可达到50%；电解2h，COD可降低到5000mg/L以下，去除率最高可达89%；电解2h以后，由于COD含量的急剧下降，COD去除率变化趋于平缓，其电解效率下降。理论上，当电解时间足够长时，COD可完全去除，实验中，电解5h，COD去除率可达95%，此时由于电解效率的下降，电解时电极的热转换率提高，水样温度明显上升。表2不同电解时间水样的CODCOD/mg/L123原水样1000042306261521h500023460142302h3461461534613h2558393628624h1789295419145h99820691312表3不同电解时间水样的COD去除率η/%12原水样10000423061h50.0044.552h65.3989.093h74.4291.174h82.1193.025h90.0295.1132615245.5986.7789.0692.6894.982.4电解效率表3-4为不同电解的电解效率，原水样的COD值越高，电解效率越高。结果表明，对于高污染废水，电化学降解效果较好。表4不同电解时间水样的电解效率ή/%12300.000.000.001h32.6897.1877.922h21.3793.1774.153h16.2184.0350.744h13.4264.3039.605h11.7752.6032.472.5直流电耗本文中，电流为102A，槽电压为4.5-3.4V之间（按取样时槽压和初始槽压平均数计算），处理废水体积为2L，处理每升废水能耗随电解时间的变化如表5-1。实际运行时，能耗还与整流器的转化率有关，整流器转化率越高，实际能耗越低，而且降低槽压亦可以降低能耗。表5每升废水在不同电解时间的直流电耗水样电解时间/h槽压/V能耗/kW·h04.50.0014.10.2223.80.4233.60.6243.50.8253.41.013结语电化学氧化法可降解废水中的色度、COD等，而无法脱除掉废水中导电物质；原水样COD值越高，COD去除率、电解效率越高。因此，废水中COD越高，采用电化学处理法成本越低。参考文献：[1]林海波,张恒彬,孙治权,等.电催化氧化法降解炼油二级出水CODcr的研究[J].工业用水与废水,2012,12(35):31-34.[2]MarcoS.Lucas,José.A.PeresRemovalofCODfromolivemillwastewaterbyFenton’sreagent:Kineticstudy[J].JournalofHazardousMaterials,2009,168:1253–1259.[3]雷乐成,陈琳,张瑞成.油田废水的COD构成分析及生物可降解性研究[J].给水排水,2002,28:44-47.[4]周文华,杨辉荣,方岩雄.有机电合成技术进展[J].辽宁化工,2013,32(4):175-177.[5]陈银生,张新胜,戴迎春,等.电化学世纪的绿色化学和热门学科江苏化工[J].2012,30(3):11-15.[6]徐海升,白汝江,赵建宏,等.一种“绿色合成”技术一有机电合成[J].郑州工业大学学报,2001,22(3):17-21.[7]冯玉杰,李晓岩.电化学技术在环境工程中的应用[M].化学工业出社,2002:176-221.[8]GB11914-89,水质化学需氧量的测定重铬酸钾法[S].作者简介：张冰（1987-），男，江苏徐州人，硕士，从事电化学研究环保安全153