高浓度含盐废水的资源化处理研究

时间：2024-05-19

周婷，李磊

(1 江苏省连云港市灌南县城东污水处理厂，江苏连云港 222500;2 南京工业大学，江苏南京 211816)

1 引言

随着我国工业的发展，工业废水的排放量日益增加，其中较大一部分是高盐分废水，该废水对生态环境有诸多危害，会影响废水后续生物处理的效果。目前工业上主要处理方法是利用高效耐盐菌处理或加水稀释排放，这样既浪费了大量的水资源，又不能从总量上控制排入环境中的盐量，所以高盐分废水的处理已成为国内环保业急需解决的难题。

电化学技术在处理电镀、印染、食品、造纸、制革及生活污水的处理中应用日益广泛，本课题组在调研大量文献的基础上，了解到目前国内外鲜有电化学用于脱盐并资源化的报道，本课题以资源化为目的，通过电解法处理高盐度废水中的氯离子，并探讨了电化学法处理高盐度废水的处理效果及作用机理和发展前景，并考虑其处理成本，本课题有较强的应用前景和理论价值。

2 电解原理

电解法是指应用电解的基本原理，使废水中有害物质通过电解过程在阳－阴两极上分别发生氧化和还原反应转化成为无害物质，以实现废水净化的目的。

本实验使用的阳极材料为石墨，阴极材料为不锈钢。两电极主要电极反应如下:

阳极主反应:

副反应:

3 材料与方法

3.1 实验药品、装置及材料

实验药品为氯化钠(AR)，实验仪器选用自制电解装置(图1)。

图1 电化学实验装置

实验材料为阳极为石墨电极，尺寸为:100mm×31mm×6mm;阴极为不锈钢板(两块电极表面积相等)，尺寸为:100mm ×31mm ×1mm;干电池(1.5V/节)。

3.2 实验方法

影响电解过程的因素有电极材料、极板距离、槽电压、电解时间、电流密度、pH值、搅拌作用等。通过实验研究作者选取了3个对处理过程的影响较大的主要因素，包括极板距离、pH值、槽电压。(高含盐废水为10000mg/L的NaCl模拟废水)。正交表见表1。

表1 L9(33)正交表

3.3 分析方法

水质氯化物的测定—硝酸银滴定法(GB11896－89)。

4 结果与讨论

4.1 正交实验

实验结果见表2(电解时间采用30min，极板面积为2000mm2)。

表2 实验结果

电源电压的极差最大，该因素为最大影响因素，其次为极板距离，最小的是pH值，最优条件为根据K值得判断，试验指标越小结果越好，因此取K值得相对最小水平作为每个因素的最优水平，即极板距离取15mm、pH值为5、电源电压取13.5V，此条件即为理论上的最佳组合。

而实际实验得出的最佳组合为极板距离10mm、pH取9、电源电压取13.5V。这说明正交实验也有它的局限性。

4.2 单因素实验分析

4.2.1 电源电压的影响

通过实验证明，在各因素中影响电化学反应的主要因素是电源电压，在其它因素一定的情况下电源电压越大，其供给反应体系的电子越多，反应越剧烈，脱盐效果越好［1］。在极板距离d=10mm、pH值为9时，考察了电压强度对脱盐率的影响，结果见图2。

图2 电压强度对除盐率的影响

4.2.2 极板距离的影响

从理论上讲，极板距离越小越好。因为极板距离越小，能耗降低，且氯离子和氢离子之间传递电子的能力加强，进一步促进了氯化钠的电解，提高了氯离子的去除率。但单因素实验证明，极板距离为10mm时处理效果最好。极板距离过小，副反应增加，次氯酸与水反应生成大量的氯离子，反而降低了氯离子的去除率。实验结果见图3。

图3 极板距离对脱盐效率的影响

从图3可知，在电源电压为13.5V，pH值为9一定的条件下，极板距离为10mm时，去除效率达到最大，为50%。在5～10mm之间变化不大，但超过值10mm时效果急剧下降，可知极板距离对处理效果有较大影响。

4.2.3 pH 值的影响

在酸性条件下，氢离子的存在抑制了氯气与水的反应，释放的氯气量增加，另外氢离子浓度的增加还能促进阴极反应，使反应速率加快，从两方面提高了对氯离子的去除率。而在碱性条件下，氯气与水反应产生的氢离子与氢氧根离子反应，促进了该反应的进行，即氯气又有一部分变回到氯离子，所以降低了对氯离子的去除率，实验结果见图4。

图4 pH值对脱盐效率的影响

从图4可知，pH值对盐的去除在pH值为5时，效果最好。

4.2.4 其他因素对去除率的影响

(1)时间。由电解原理可知，增加处理时间有利于除盐效率的提高，但随着电解处理的进行，电流效果降低，动态浓度降低，使单个时间段的去除效率降低，当处理一段时间后，时间因素对去除率的影响变小。

(2)温度。温度的提高加强了电流效率的效果，有利于除盐效率的提高。

(3)极板面积。极板面积与电流密度成反比关系，极板面积的增大在一定程度上使电解反应趋于均匀，有利于电解反应，但其与电流密度成反比线形关系，使电流密度降低，反而不利于处理效率的提高［2］。