复极式电凝聚电气浮方法处理洗衣废水

广东化工2009年第1期·68·，葛建团2(1．兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州730070；2．甘肃省环境科学设计研究院，甘肃兰州730030)[摘要]采用复极式电凝聚-电气浮方法处理洗衣废水。研究了pH、水力停留时间(HRT)和电流强度对处理过程的影响。结果表明，在较宽的pH范围(pH=4～9)、较短的水力停留时间(HRT=5～10min)下，悬浮物、阴离子表面活性剂(MBAS)、COD和磷酸盐均可得到有效去除。[关键词]洗衣废水；电凝聚；电气浮[中图分类号]T[文献标识码]A[文章编号]1007-1866(2009)01-0068-03TreatmentofLaundryWastewaterbyBipolarElectrocoagulation-ElectroflotationProcessXuMin1,GeJiantuan2(1.SchoolofEnvironmental&MunicipalEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070；2.GansuAcademyofEnvironmentalScienceResearchandDesign,Lanzhou730030,China)Abstract:Anewbipolarelectrocoagulationandelectroflotationprocesswasdevelopedtotreatlaundrywastewater.Intheprocess,electrocoagulationandelectroflotationwerecarriedoutsimultaneouslyinasinglereactor.TheoperatingparameterssuchasinitialpH,hydraulicresidencetime(HRT)andcurrentdensitywereinvestigated.Thedesignofthereactormadeitpossiblefortheeffectiveremovalofturbidity,COD,phosphateandsurfactant(MBAS)inawidepHrange(4～9)atashortHRT(5～10min).Keywords:laundrywastewater；electrocoagulation；electroflotation洗衣废水水质水量波动较大，同时废水中含有大量表面活性剂、COD、磷酸盐和悬浮物等污染物质，采用传统的物化法和生物法难以对其进行有效处理。电化学方法产生的铝离子及其水解聚合产物具有极强的絮凝活性[1]。然而，单独采用电凝聚处理洗衣废水时，由于Al电极上产生的H2气泡较大，只能使部分絮体上浮，无法获得满意的分离效果。文章将电凝聚、电气浮和电化学氧化有机结合在一起，首次采用复极式电凝聚－电气浮方法处理洗衣废水，获得了比较满意的效果。1复极式电凝聚－电气浮的基本原理在复极式电凝聚-电气浮电化学反应器中，采用三种不同材料的电极：联结电源的非溶解性阳极、联结电源的不锈钢阳极以及不联结电源的复极性铝电极。在电场中感应电流作用下，在铝隔板两面分别发生阳极反应和阴极反应。半导体阳极反应：水处理技术[收稿日期]2008-10-15[作者简介]徐敏(1971-)，女，安徽望江人，在读博士研究生，主要研究方向为水污染治理技术与方法。2009年第1期广东化工第36卷总第189期·69·2H2O→2[O]+4H++4e(1)可溶性铝阳极反应：Al→Al3++4e(2)由于洗衣废水中含有一定量的Cl-，半导体阳极同时发生如下反应：2Cl-→Cl2+2e(3)Cl2+H2O→HClO+H++Cl-(4)HClO→H++ClO-(5)不锈钢阴极或可溶性铝阴极主要反应为：2H2O+2e→H2+2OH-(6)阳极表面的直接氧化作用和Cl-的间接氧化作用，可有效降解废水中溶解性有机物和还原性无机物。同时，Al3+及其水解聚合产物发挥吸附电中和作用、吸附架桥和网捕作用，电极表面释放出的微小气泡的混合作用则加速了颗粒的碰撞过程，有助于迅速去除废水中的胶体化合物。2实验部分自制电化学反应器，PVC外壳，容积2.8L。阳极为金属氧化物网状电极，阴极采用不锈钢网，反应器内装有4组电极，每块电极有效面积50cm2，极间距8mm。分离器为同心圆柱，由反应区和分离区两部分组成，外圆柱直径100mm，内圆柱直径20mm，总容积11.2L。试验用洗衣废水取自某大学洗衣房，pH调节采用H2SO4或NaOH。废水由电化学反应器底部进入，在反应器中交错流动；然后由电化学反应器顶部流出，进入分离器反应区，随后进入分离区。最后，出水由分离器底部流出，浮渣由顶部排出。测试项目包括浊度(Hach2100NIS型浊度仪)、pH(Orion720A型pH计)、表面活性剂(亚甲蓝活性物质MBAS，分光光度法)、磷酸盐(正磷酸盐，比色法)和COD(重铬酸钾氧化法，COD快速测定仪)等。3结果与讨论3.1废水pH影响及其处理前后的变化采用稀H2SO4或NaOH调节废水pH，试验结果见图1。在pH4～9的范围内，废水的浊度、COD、MBAS和磷酸盐均得到了有效去除。但当废水pH4或9时，浊度去除率明显下降。当pH10时，MBAS、COD和磷酸盐的去除率也有所下降。345678910405060708090100去除率/%pHCODMBASP-phosphateTurbidity图1pH对处理过程的影响Fig.1EffectofpHontheremovalefficiency在pH=4～9的范围内，电化学产生的Al3+及其水解聚合产物包括Al(OH)2+、Al2(OH)24+、Al(OH)3和多核配位化合物(如Al13(OH)327+)等，表面均带有比较高的正电荷，可发挥吸附电中和、吸附架桥及网捕作用。当pH10时，水中铝盐主要以Al(OH)4-的形态存在，絮凝效果急剧下降。在低pH条件下，主要以Al3+存在，几乎没有吸附作用。水经过处理后，pH的变化如图2所示。可以看出，该过程对于处理废水的pH具有一定的中和作用。345678910345678910pHoutpHin图2废水处理前后pH的变化Fig.2ThechangeofpHintheprocess3.2水力停留时间(HRT)的影响HRT为电化学反应器容积与废水流量之比。洗衣废水COD去除率与HRT的关系见图3。051015202530100200300400500600CODCr/(mg·L-1)HRT/min图3HRT对COD去除的影响Fig.3EffectofHRTontheremovalofCOD广东化工2009年第1期·70·的增加，COD去除率逐渐增加。当HRT5min时，COD去除率基本趋于平稳，COD去除率达到约75%。在电化学反应器内，由于流体的流动和气体的搅拌作用，大大增加了颗粒的碰撞和生长机会。电气浮产生的平均气泡粒径为20～70µm[2]，具有比较大的比表面积，从而可为絮体提供更多的吸附和粘结中心，使絮体内部有气体，更有利于絮体上浮。因此，在较短时间内可以获得满意的处理效果。3.3电流强度的影响洗衣废水浊度、COD和MBAS的去除率与电流强度的关系如图4所示。随着电流强度的提高，这几种指标的去除率逐渐增加。0.81.01.21.41.61.82.080859095100去除率/%I/ATurbidityCODCrMBAS图4电流强度对处理过程的影响Fig.4Effectofcurrentintensityontheremovalefficiency电流强度的影响应该与废水在电化学反应器内的停留时间(HRT)同时加以考虑。按照Faraday电解定律，Al的电化学溶解及水的电解与所提供的电量(I·t)成正比。当通过1F(26.8Ah)电量时，理论上可溶出9gAl3+，同时可释放出0.0224Nm3H2和O2，这远远大于DAF中所释放的气量。同时提高电流强度可获得更小的气泡[3]，对于气浮分离过程十分有利。4结论将电凝聚、电气浮和电化学氧化有机结合在一起，集成了电凝聚产生Al3+及其水解聚合产物的高效絮凝作用、不溶性电极产生的极小气泡的浮选作用和催化氧化电极的电化学氧化作用，研制了一种新型电化学反应器。采用该反应器处理洗衣废水，可有效去除废水中的表面活性剂、SS、COD和磷酸盐。参考文献[1]MillsD．NewProcessforElectrocoagulation[J]．Am.WaterWorksAssoc，2000，92：34．[2]ChenG，ChenX，YueP．ElectrocoagulationandElectroflotationofRestaurantWastewater[J]．Environ.Eng，2000，126：858．[3]ZouboulisAI，MatisKA．ElectrolyticFlotationofChromiumfromDiluteSolutions[J]．Environ．TechnolLett，1989，10：601．(本文文献格式：徐敏，葛建团．复极式电凝聚-电气浮方法处理洗衣废水[J]．广东化工，2009，36(1)：68-70)(上接第58页)微生物清洗是利用微生物将设备表面附着的油污分解，使之转化为无毒无害的水溶性物质的方法。这种清洗把污染物(如油类)和有机物彻底分解，是一种真正意义上的环保型清洗技术。4结语结垢对换热器的危害很大，严重影响生产的正常进行、增加生产的能耗和成本、引发各种事故、影响材料性能与设备寿命，因此需要积极地进行预防和定期地清除。对于不同类型的污垢，应采取针对性的清除措施，有效地清洗换热器，以提高换热器传热效率及运行寿命。参考文献[1]杨善让，徐志明．换热设备的污垢与对策[M]．北京：科学出版社，1995．[2]Garrett-PriceBA．FoulingofHeatExchangersCharacterristicsCostsPreventoinContralandRemovalNoyesPublications[J]．ParkRidgeN．J，1985．[3]张少峰，刘燕．换热设备防除垢技术[M]．化学工业出版社，工业装备与信息工程出版中心，2003．[4]郭泉，王国玲．换热器的结垢问题[J]．辽宁化工，2001，30(2)：88-89．[5]SuitorJW，MarnerWJ，RitterRB．TheHistoryandStatusofResearchinFoulingofHeatExchangerinCoolingWaterService[J]．TheCanadianJournalofChemicalEngineering，1977，(55)：374-380．[6]EpsteinN．FoulinginHeatExchangers[C]．InProceedingsoftheSixthInternationalHeatTransferConference．Toronto，Canada，August，Vol．4，Hemisphere，Washington，D．C．，1978：279-284．[7]陈鸿斌．换热器的结垢及其管内插入物在线清洗[J]．医药工程设计，1997，(6)：1-4．[8]秦国治，田志明．工业清洗及应用实例[M]．化学工业出版社，工业装备与信息工程出版中心，2003．[9]赵国华，姜峰，李修伦．超声波技术在制盐工业中的应用前景[J]．海湖盐与化工，2004，33(5)：34-36．[10]李德福，刘洁．石油化工设备清洗技术[M]．化学工业出版社，环境科学与工程出版中心，2003．(本文文献格式：李洁，侯来灵，李多民．换热器结