刘栋 付忠田 王允妹 祁国恕 陶冶

（1.营口开发区环境保护监测站1150072.东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110004 3.沈阳环境科学研究院辽宁沈阳1100164.辽宁省污水处理管控中心辽宁沈阳110161）

模拟染料废水电凝聚脱色过程主导机理研究

刘栋1付忠田2王允妹3祁国恕3陶冶4

（1.营口开发区环境保护监测站1150072.东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110004 3.沈阳环境科学研究院辽宁沈阳1100164.辽宁省污水处理管控中心辽宁沈阳110161）

通过采用不同阳极电凝聚方法对三种模拟染料废水开展处理，并对反应过程进行分析，对废水主要脱色机理进行了判断。结果表明，脱色过程主要是由于金属电解后产生的金属离子絮凝剂的絮凝和电解气浮作用，而不是直接或间接电氧化或还原过程。

染料废水；电凝聚；脱色；机理

引言

电凝聚法处理染料废水处理机理的研究，国内外较多学者取得了相关成果[1-3]。但目前绝大部分研究过程，均集中在对处理之后废水中有机成分的结构变化上，并且通常认为染料在电极表面发生了氧化还原反应，有新的物质生成或结构发生变化；加之电解过程中的电解气浮和絮凝沉降作用，上述几种机理同时作用使得染料废水得以净化[4-6]。但对于处理过程究竟是凝聚、沉降过程还是氧化还原过程是最主要的去除过程的研究，相对较少。本研究采用不同种类电极对结构上分别具有杂环、偶氮和蒽醌等不同特征结构的活性嫩黄X-6G、活性黄X-R和活性艳兰X-BR等三种模拟染料废水的脱色机理进行了研究，以判断脱色过程中的主导作用。

1 实验过程

1.1 研究装置

实验装置见下图1，主要部分为电凝聚反应槽（直径70mm，100mm），稳压电源，电极均为厚2mm，长60mm，宽40mm；废水为自行配制的模拟废水。

图1 研究装置

1.2 实验过程

研究过程如下：模拟染料废水浓度均为600mg/L，搅拌速度250rad/min，极板间距1cm，pH值不调，电解电压10V，添加电解质浓度为0.005mol/L Na2SO4。分别采用石墨电极、铝电极和铁电极做阳极，铁电极做阴极，采用电凝聚方式处理三种模拟废水。

2 实验结果及分析

在上述实验条件下，电凝聚法不同电极处理三种活性染料模拟废水不同处理时间脱色效果见下图1。

图2 不同电极对三种模拟染料废水的脱色效果分析

从上图1可以看出，不同电极处理三种废水时的趋势相似。石墨阳极铁阴极时，由于无金属溶解，只有部分水被电解生成氢气和氧气逸出，能使少量染料分子因气浮而被去除；同时会有少量染料分子在阳极表面发生了氧化反应，或在阴极表面被还原，使得发光基团遭到破坏而使废水脱色。但由于总体上上述反应进程较慢，且反应程度有限，因此脱色率随着反应时间的延长略有增加，但总体很低，最高值也不到5%。而铝阳极铁阴极时脱色效果略有增加，最高值均超过15%。脱色率出现了随着时间增加逐渐下降的趋势。应该是反应开始时铝阳极发生溶解，产生铝离子，通过絮凝气浮使得染料分子得到上浮去除，同时也可能会发生染料分子在阳极表面的氧化和阴极表面的还原过程。但铝离子溶出过程逐渐趋缓，直至达到动态平衡。此时基本没有铝离子再进入溶液中，且由于钝化和极化现象，电解水的过程也基本停止。被絮凝到溶液表面的絮体在搅拌作用下，会有少量发生水解，因而脱色率会随着时间的延长略有下降。而铁阳极反应过程中，三种染料模拟废水处理效果均较好，到30min之后脱色率达到最高约95%左右，之后基本保持不变。从以上可以看出，电化学处理三种染料模拟废水的过程中，石墨阳极的脱色效果最差，铝阳极次之，铁阳极最好。据此可以认为，在实验研究的时间段内，三种染料模拟废水的脱色过程，均主要由于铁和铝离子的凝聚和电解气浮过程，而并非由于染料分子在阳极表面发生的氧化以及阴极表面发发生还原过程。

3 结论

根据不同阳极电凝聚法处理具有不同结构特征的模拟染料废水的对比研究可以推测出，主要是金属阳极溶解后产生的金属絮凝剂的絮凝和电解气浮作用导致的废水脱色，而不是直接或者间接电氧化及还原过程。电解水之后产生的氢气和氧气上浮过程虽然也会有一定的脱色效果，但其作用相对较小。

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[5]许保玖主编.给水处理理论[M].北京：中国建筑工业出版社，2000

[6]Manuel Carmonaa，Mohamed Khemis3，Jean-Pierre. et al.A simple model to predict the removal of oil suspensionsfromwaterusingtheelectrocoagulation technique[J].Chemical Engineering Science 61（2006）：1237-1246