马东磊 赵 童

（张家口市环境科学研究院）

0 引 言

化工废水因为含有各种有机酸、醇、醛、酮、醚和环氧化物等有机物，其COD一般都很高，且BOD相对较低，可生化性差.废水一经排入水体，就会在水中进一步氧化分解，从而消耗水中大量的溶解氧，直接威胁水生生物的生存.

对于化工废水的处理，目前，国内外采用较多的是混凝——生化工艺处理工艺，然后而由于化工废水的水质复杂且污染物含量高，废水中的污染物大都具有毒性以及化工产品在生产过程中工艺用水和冷却用水量很大，加之化工企业目前大多数为中小企业，生产工艺落后、设备陈旧，清污难以分流，耗水量大，水循环利用及回收利用率低等原因，其处理效果并不理想.

电絮凝法是近年来发展起来的颇具竞争力的废水处理方法，在源水和多种行业废水中有着广泛应用［1－2］.生物难降解的化工废水的处理可以用电絮凝为预处理手段，从而实现大分子有机污染物的断链、发色与助色基团的脱色，提高废水的可生化性，便于后续生化反应的进行.［3－4］

本研究利用电絮凝法处理某化工企业的高盐化工废水，以铝板作为电极板，研究了不同水力停留时间、初始pH、极板间距、电流强度以及温度等单因素对处理效果的影响.在单因素实验的基础上，再进行正交试验.

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验用废水为某化工企业废水，废水的COD：36800mg／L、氨氮：453mg／L.

实验试剂有硫酸钠（Na2SO4）、乙二胺四乙酸二钠、苯酚（C6H6O）、硫酸铵（（NH4）2SO4）、硫酸（H2SO4）、硫酸银（Ag2SO4）、六水合硫酸铁（Ⅱ）铵（（NH4）Fe（SO4）2·6H2O）、硫酸汞：（HgSO4）、氢氧化钠（NaOH）、重铬酸钾（K2Cr2O7）、1.10—菲啰啉（C12H8N2·H2O）、硼酸（H3BO3）、甲基红－亚甲蓝指示剂等.

1.2 实验仪器和设备

实验仪器和设备包括：电子万用炉220V·AC·1000W、HJ—5数显多功能搅拌器、电子天平、DJS－292双显恒电位仪、精密试纸；带有24号标准磨口的250mL锥形瓶的全玻璃回流装置；可调节通风橱一台；由一个500－800mL的蒸馏烧瓶及防喷头和一个垂直放置的冷凝管组装而成蒸馏器；50mL酸式滴定管一只；250mL磨口锥形瓶若干；5mL、10mL、25mL移液管；500mL、1000mL容量瓶；各种大小烧杯若干等.

1.3 对化工废水进行电解说明

将装有化工废水的烧杯放在多功能搅拌器上，在废水中插入两个铝电极，连接双显恒电位仪，打开通风橱通风，打开电源开关，实验即可进行.电解时双显恒电位仪调为稳流模式，根据实验的内容将电流调为特定的固定值，电源电压随着实验的进行不断变化，两极板通过利用保鲜膜滚轴自制而成，可通过该滚轴控制电极板的板间距，本正交实验中板间距控制为10cm.电解装置见图1.

图1 电解装置示意图

1.4 正交实验设计方案

为了进一步确定电絮凝法对化工废水各因素的处理的最佳效果，提高对废水中COD与氨氮的去除率，对水质进行优化，在单因素实验的基础上进行正交实验；

影响电镀废水处理效果的因素较多，如：水力停留时间、电流强度、温度、搅拌速度、极板间距等.本研究所做的单因素实验设计因素如表1.

表1 单因素实验设计因素表

正交实验因素水平如表2.

表2 实验因素水平表

由表2确定正交试验方案设计表L9（34）如表3。

表3 正交实验方案表

2 结果与讨论

2.1 氨氮去除率的正交结果分析

经电絮凝处理后的废水氨氮去除率如表4.

表4 氨氮去除率的正交结果分析表

由表4可知氨氮去除效果在pH＝9.0，水力停留时间为3小时，电流为0.6A，温度为57℃时达到最佳，去除率达到35.1%.

2.2 COD去除率的正交结果分析

经电絮凝处理后的废水COD去除率如表5.

表5 COD去除率的正交结果分析表

由表5可知COD的去除效果在pH＝6.7，水力停留时间为3小时，电流强度＝1.0A，温度为37℃时达到最佳，去除率达到30.8%.

2.3 各单因素结果分析

图2 水力停留时间对氨氮去除率影响关系图

图3 pH值对氨氮去除率影响关系图

图4 温度对氨氮去除率影响关系图

图5 电流强度对氨氮去除率影响关系图

图6 水力停留时间对COD去除率影响关系图

图7 pH对COD去除率影响关系图

图8 温度对COD去除率影响关系图

图9 电流强度对COD去除率影响关系图

通过比对分析正交实验的基础上对各个单因素可知：pH、电解时间、电流强度、温度四因素对COD与氨氮去除率的影响与单因素实验的影响程度相一致；表明此次正交试验与单因素试验的相符的.其中，pH在6.7时COD的去除率达到较好的效果，pH在9.0时氨氮的去除效果较好.由电流强度对COD和氨氮去除率的影响可知，随着电流强度的增大去除率逐渐增大.由温度对COD和氨氮去除率的影响可知，随着温度的增大去除率逐渐增大.

2.4 最佳水平条件的验证实验

由表4—表5可知在正交设计方案中COD去除率达到最佳的条件为pH＝6.7，水力停留时间为3小时，电流强度为1.0A，温度为37℃时，COD去除率达30.8%；氨氮去除率达到最佳为pH＝9.0，水力停留时间为3小时，电流为0.6A，温度为57℃时，氨氮去除率达到35.1%.结合图2—图9可知正交设计方案中的最佳条件并非最佳水平条件，所以需要综合上述实验，进行最佳水平实验.结合以上图表，选取水力停留时间为4小时，pH＝9.0，温度为57℃，电流1A为条件，进行针对氨氮的最佳实验；选取水力停留时间为4小时，pH＝6.7，温度为57℃，电流1A为条件，进行针对COD的最佳实验.实验结果如表6、表7.

表6 氨氮最优水平条件实验验证表

表7 COD最优水平条件实验验证表

由表6和表7可知在最佳水平条件下氨氮的去除率达到36.8%，大于正交试验中的35.1%；COD的去除率达到32.3%，大于正交试验中的30.8%.

3 结 论

由试验得知：氨氮去除效果在水力停留时间为4小时，pH＝9.0，温度为57℃，电流1A达到最佳，去除率达到36.8%.COD的去除效果在水力停留时间为4小时，pH＝6.7，温度为57℃，电流1A达到最佳，去除率达到32.3%；从而有效的达到了对高氨氮、高COD化工废水的预处理效果，方便后续处理设施的有效实施。

［1］甘莉，甘光奉.电凝聚水处理技术的新进展［J］.工业水处理，2002，22（5）：5～7

［2］李勇，电化学凝聚—生物炭滤池联合法处理废水技术及应用研究［D］.广州：广东工业大学，2003

［3］Mollan M Y A，Morkovsky P，Comes J A G，et al.Fundamentals，present and future perspectives of electro－coagulation［J］.Journal ofHazardous Materials，2004，Bl14（1－3）：199～210

［4］孙境蔚.电絮凝技术在废水处理中的应用［J］.泉州师范学院学报（自然科学），2006，24（6）：55～59.

［5］中国标准出版社第二编辑室编.《环境监测方法标准汇编》.中国标准出版社

［6］尹奇德，王琼，夏畅斌，等编著.《环境工程设计性、研究性实验技术》.化学工业出版社

［7］杨岳平，徐新华，刘传福，编.《废水处理工程及实例分析》.化学工业出版社