三维电极法处理染料废水的研究

Posted 2023-01-14 水

篇首语：学而不思则罔，思而不学则殆。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了三维电极法处理染料废水的研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

摘要：归纳了染料废水的各类处理方法，从反应器结构、电极板材料、粒子电极、操作条件等方面总结了三维电极法处理染料废水的研究发展方向及存在的问题，并对其未来进行了展望，以推进和发展该方法的应用。

关键词：染料废水，三维电极法，废水处理

随着染料生产及印染工业的迅速发展，排入环境的成分——复杂的染料废水越来越多。在染料的生产过程中每生产1 t染料，将有2％的产品随废水流失[1]，造成了极大的经济损失，也给环境带来了严重的污染。目前，生产用的染料绝大部分为人工合成的化学染料，致使染料废水不仅有机含量高、生化性差、色度高、而且成分复杂，有毒性[2]。鉴于以上各点，染料废水的处理成为废水处理的重点难点之一。

1 染料废水的处理方法

目前，对染料废水的处理有：生物法、物理法和化学法。染料废水处理的生物法有：表面加速曝气法、厌氧一好氧、深层曝气、纯氧曝气、生物氧化沟、UASB等方法。染料废水处理的物理方法有：吸附法、膜滤法。用吸附法处理染料废水，吸附剂再生困难；膜滤法处理成本高。染料废水处理的化学方法有：混凝法、臭氧氧化法、光催化氧化法、湿式氧化法、超声波降解技术、离子交换法和电解法等。其中电解法具有反应速度快、脱色率高、操作方便、处理时间短、设备容积小、占地面积少等特点，所以近年来对电解法的研究和应用较多。

2 三维电极法处理染料废水的研究动向

三维电极是在传统二维电解槽电极间装填粒状或其他碎屑状电极材料并使装填电极材料表面带电，成为新的一极。与通常的平面型电极相比，三维电极具有很大的比表面，能以较低电流密度提供较大的电流强度，体反应速度高，时空转换率高，这使得三维电极的研究与应用具有极为重要的价值[3]。近年来，三维电极法在高浓度有机废水，尤其是染料废水的处理中的应用越来越广泛，所以对三维电极法处理染料废水的深入研究也已从不同的方面陆续展开了。

2．1 反应器结构

按粒子充填方式和工作原理的不同，电极可分为单极性粒子群电极和复极性粒子群电极。单极性粒子群电极(有隔膜)是在电解槽的阳极室或阴极室充填低阻抗导电粒子，通过主电极使电极粒子表面带上与主电极相同的电荷，相当于主电极的外延部分，从而大大增加了电极表面积。电化学反应在阴阳极室各自进行。复极性粒子群电极(无隔膜)是在平板电极间充填高阻抗导电粒子。

在外加电场作用下，粒子因静电感应而极化，粒子靠近主阳极的一端感应而成负极，另一端感应成为正极，使每一个粒子成为一个微型电解槽，电化学氧化和还原反应可在每一个粒子电极表面同时进行，大大缩短了传质距离，有效地利用了电解空间[4]。在三维电极电解槽中，粒子存在方式有固定床和流动床两种。固定方式的粒子材料在床体中不会发生位移，处于相对稳定状态，以填充床为典型代表；流动方式的粒子材料在床体中发生位移，处于流动状态，以流化床为典型代表。其中在流化床中又有移动床、涡流床、喷射床、滚筒床几种类型。印染废水的处理中多采用固定床反应器。熊林等[5]用三维电极法对印染废水进行脱色处理，并与二维电极法进行比较，得出结论：三维电极装置比二维电极电解槽脱色速度快、处理效率高，脱色效率可提高30％～ 50％。

2．2 极板材料

常用的电极材料有石墨、铜、铁、铝、不锈钢、钛等。与铜、铝电极相比，铁电极便宜，絮凝沉降性能好，适应pH值范围广，处理废水后的残留毒性小，所以在实际应用中铁电极的应用较铜、铝的广泛。安太成等[6]在对直接湖蓝水溶液进行光助电催化降解时所用的阴阳极板均是经适当处理后的铁电极。陈武[7]等在进行三维电极电化学法处理印染废水实验研究时，所用的电极阴阳极是3mm厚的不锈钢电极。另外，石墨电极在印染废水处理中的应用也很普遍。刘晓波等[8]在反应器两端各置一块石墨极板作为馈电电极，对印染废水进行处理，色度的去除率达到90％以上。

2．3 填料(粒子电极)

目前，常用的粒子电极材料主要有金属导体、导电陶瓷、铁氧体、镀上金属的玻璃球或塑料球、石墨及活性炭等。安太成等[6]用三维电极电助光催化法处理直接湖蓝水溶液时所用的填料是光催化剂。采用这种填料处理废水后，ODD去除率可达66．7％，色度去除率可达96，8％。何国建等用三维电极法处理印染废水时，所用的填料是由活性炭颗粒与绝缘颗粒按一定比例混合而成，用以减少短路电流，提高处理效率。

2．4 操作条件

在研究三维电极法处理印染废水的实验中，主要控制的操作条件有：电解电流(电解电压)、电解时间(停留时间)、溶液pH值、污染物初始浓度、粒子电极的填量、主电极间距等。在流化床中还要考虑曝气量。

陈武[7]等在用三维电极电化学方法处理印染废水时，分别研究了电解时间、电解电流、主电极间距、填炭量与废水COD和色度去除率的关系，并在以上单因素试验的基础上，以第二次原水为试验水样，做了 (3 4)正交试验。得出三维电极主电极间距(d)，电流大小(f)，电解时间(T)，填炭量(w)的最佳组合为6 cm，0．4 A，75 min，800 g。在此最佳组合条件下，三维电极处理印染废水后，水样COD为30．87 mg／L，色度为零。

3 前景与需要研究的问题

电解法具有氧化降解能力强、无需添加化学药剂、不产生二次污染、能在常温常压下进行、操作简单等优点。特别是电化学法中的三维电极法，比普通二维电极法的电极比表面大得多，传质速度及反应速度快，电流效率和时空效率高，能耗低，能有效地脱除色度，提高废水的可生化性，从而使其在印染废水处理领域的研究与应用具有极为重要的价值。电解法水处理技术未能广泛应用的主要原因是电流效率低，经济上尚欠合理。三维电极极大地扩大了电极的面体比，可以比较完善地解决传质问题，但是三维电极反应器的电极材料、电极几何形状与尺寸、电极相和电解液相的有效电导率、流体的力学性质、电极的极化类型和程等因素对反应器的单程转化率、反应选择性、电流效率及电能利用率等均有影响。必须经过试验研究探索其中的规律，优化其系数，解决床内电流、电位的分布等问题。这些问题的解决可使三维电极法在废水处理中的应用得以推进和发展。

参考文献：
[1]胥维昌．染料行业废水处理现状和展望[J]．染料工业，2002，39(6)：35．39．
[2]李家珍．染料染色工业废水处理[M]．北京：化学工业出版社，1997．
[3]董献堆，陈平安、电解用三维电极体系的研究与发展[J]．化学通报，1997，(5)：12．19．
[4]汪群慧．三维电极处理生物难降解有机废水[J]．现代化工，2004，10(24)：56．59．
[5]熊林，李明玉．三维电极流化床对印染废水降解脱色处理[J]．给水排水，2005，31(1)：59—61．
[6]安太成，何春．电助光催化降解直接湖蓝水溶液的研究[J]．催化学报，2001，22(2)：193．197．
[7]陈武．三维电极电化学方法处理印染废水实验研究[J]、工业水处理，2004，8(24)：43．45．
[8]刘晓波，何国建．活性炭三维电极法对印染废水的处理研究[J]．环境污染治理技术与设备，2004，5(3)：59—62．作者: 王林红, 程爱华,王志盈