范麗，楊衛(wèi)身，楊鳳林，張興文?
(大連理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧大連溝通116012)

　　摘　要： 采用復(fù)極填充床電解槽處理模擬偶氮染料廢水，考察了填料層數(shù)、槽電壓、流量、染料濃度、無機(jī)鹽種類與濃度及溶液pH值等因素對(duì)脫色負(fù)荷與電耗的影響，并通過分析原水和出水的紫外—可見吸收譜圖監(jiān)測(cè)電解反應(yīng)對(duì)染料發(fā)色共軛體系的破壞情況。
　　關(guān)鍵詞：復(fù)極填充床電解槽;偶氮染料;電解;脫色
　　中圖分類號(hào)：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)： 1000-4602(2002)04-0034-03

　　復(fù)極填充床電解槽(bipolar packed bed cell,簡(jiǎn)稱BPBC)是Fleischmann M等于1973年開發(fā)的。BPBC具有很大的比電極面積(比電極表面積是傳統(tǒng)二維電解槽的幾十倍甚至上百倍),使電解效率大大提高。周定等在國(guó)內(nèi)首次把BPBC應(yīng)用于染料溶液的脫色研究，將活性炭和其他物料按一定比例混合組成填料。楊衛(wèi)身等采用顆粒活性炭(GAC)和砂粒組成混合填料，由于砂粒(或其他物料)占據(jù)了反應(yīng)器的大部分體積，使有效體積減小、電解效率降低。本研究采用夾心餅式(Sandwich)BPBC，以石墨顆粒作填料并用絕緣網(wǎng)隔開，使導(dǎo)電顆粒占據(jù)反應(yīng)器的大部分體積，擴(kuò)大了電極的表面積。試驗(yàn)以偶氮染料活性艷紅X-3B為研究對(duì)象，以脫色負(fù)荷和電耗為主要指標(biāo)來評(píng)價(jià)該反應(yīng)器的工作性能。

1　試驗(yàn)部分

1.1　裝置
　　試驗(yàn)裝置流程如圖1所示。

　　反應(yīng)器上下兩端各裝一塊開孔石墨板，用作饋電電極，其表面積約為1.0dm²。饋電電極之間逐層填充石墨顆粒，各填料層之間用尼龍網(wǎng)隔開。當(dāng)反應(yīng)器中填料層數(shù)為30時(shí)，填料高度為21cm，體積為2.1L。

1.2　廢水的配制
　　稱取一定量的偶氮染料活性艷紅X-3B，用自來水配成質(zhì)量濃度為200mg/L的溶液。
1.3　試驗(yàn)方法
　　通過6組單因素試驗(yàn)，即逐一改變填料層數(shù)、槽電壓、流量、染料濃度、無機(jī)鹽種類及濃度和溶液pH值，考察多種電解條件和水力條件對(duì)運(yùn)行性能的影響。試驗(yàn)以脫色負(fù)荷和電耗為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。運(yùn)行方式為一次通過式，運(yùn)行時(shí)間為3h。?
1.4　測(cè)試方法
　　用島津UV-3100紫外—可見—近紅外分光光度計(jì)測(cè)定染料溶液電解前后水樣的紫外—可見吸收光譜。用721型分光光度計(jì)測(cè)定染料溶液電解前后的吸光度。

2　結(jié)果與討論

2.1　填料層數(shù)
　　保持電壓梯度為5V/cm，考察填料層數(shù)分別為6、12、18、24、30時(shí)電解槽的運(yùn)行情況，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。
　　由圖2可見，隨填料層數(shù)增加脫色負(fù)荷降低、電耗增大，不過隨著填料層數(shù)的增加出水顏色更淺、脫色效果提高，這是因?yàn)槿玖先芤航?jīng)過了更多級(jí)的電解處理而使出水色度減小。故在一定范圍內(nèi)增加填料層數(shù)對(duì)脫色是有利的，但考慮到電耗情況，填料層數(shù)確定為30層。

2.2　槽電壓
　　分別在25、50、75、100、125、150 V的槽電壓下進(jìn)行電解試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

　　由圖3可見，脫色負(fù)荷隨槽電壓的增大而增加，這是由于槽電壓增大使被復(fù)極化的石墨顆粒增多，有效電極面積增大則使脫色負(fù)荷變大；但電壓過高會(huì)促進(jìn)副反應(yīng)發(fā)生使電耗增加，且槽電壓達(dá)到100V以后脫色負(fù)荷基本不變而電耗顯著增大，因此槽電壓宜控制在100V。
2.3 進(jìn)水流量
　　分別在1.1、1.4、2.2、3.0、4.0、5.0 L/h進(jìn)水流量下進(jìn)行試驗(yàn)以考察流量對(duì)脫色負(fù)荷和電耗的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

　　由圖4可見，隨進(jìn)水流量提高而脫色負(fù)荷增大、電耗降低。不過，當(dāng)流量提高時(shí)因溶液在反應(yīng)器中的停留時(shí)間變短會(huì)導(dǎo)致脫色效果降低；同時(shí)低流量時(shí)的電耗較高，故試驗(yàn)流量宜控制在2. 2L/h。
2.4　進(jìn)水濃度
　　設(shè)定槽電壓為100V、流量為2.2L/h、填料為30層，改變?nèi)玖蠞舛葧r(shí)的運(yùn)行結(jié)果見圖5。

　　由圖5可知，隨進(jìn)水染料溶液濃度的提高脫色負(fù)荷及電耗均增大，這是由于流量一定時(shí)提高染料濃度使傳質(zhì)速度加快，促進(jìn)了電解反應(yīng)的進(jìn)行。
2.5　加入無機(jī)鹽
　　染料溶液中加入一定量的Na₂SO₄或NaCl，分別考察不同無機(jī)鹽種類及濃度對(duì)脫色負(fù)荷和電耗的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖6?？梢钥闯黾尤隢a₂SO₄或NaCl時(shí)，電耗顯著增大 而脫色負(fù)荷變化不大。加入Na₂SO₄時(shí)出水中因夾雜有懸浮顆粒而顯出黑色調(diào)，而且Na₂SO₄濃度越高顏色越深，這可能是由 于Na₂SO₄本身是惰性電解質(zhì)，加入后僅使電導(dǎo)率增加，促進(jìn)水放電而使電極上的碳粉脫落。

　　加入NaCl時(shí)出水有刺激性氣味且稍帶綠色，脫色負(fù)荷有所提高，這可能是因?yàn)镃l^-在陽極放電生成Cl₂，參與了脫色反應(yīng)，促進(jìn)了電解反應(yīng)的進(jìn)行。
　　從總體上說加入無機(jī)鹽對(duì)電解反應(yīng)不利。
2.6 pH值
　　用H₂SO₄或NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH值，在不同酸堿條件下進(jìn)行電解試驗(yàn)的運(yùn)行結(jié)果見圖7。可以看出，進(jìn)水pH值對(duì)脫色負(fù)荷基本沒有影響，然而加酸或堿調(diào)節(jié)溶液pH值也同時(shí)改變了電導(dǎo)率。電導(dǎo)率增大，水放電反應(yīng)加劇，導(dǎo)致電耗增大。

2.7　紫外—可見吸收光譜分析
　　為進(jìn)一步研究電解反應(yīng)對(duì)染料發(fā)色共軛體系的破壞情況，對(duì)原水和不同條件下出水進(jìn)行紫外—可見吸收光譜測(cè)定。分析表明染料分子中的發(fā)色共軛體系被破壞，而且隨著填料層數(shù)的增加、槽電壓的增大其破壞程度增大，當(dāng)進(jìn)水染料濃度較低時(shí)，染料發(fā)色共軛體系的破壞程度較為徹底。

3　結(jié)語

　?、偎畼拥淖贤狻梢娢?qǐng)D譜表明電解脫色的實(shí)質(zhì)是染料分子中的發(fā)色基團(tuán)被破壞而使出水染料溶液在可見光區(qū)的吸收值降低。
??、谠谝欢ǚ秶鷥?nèi)增大槽電壓、提高進(jìn)水流量及染料濃度時(shí)，反應(yīng)器的脫色負(fù)荷均增大，考慮到電耗的實(shí)際情況，應(yīng)將槽電壓、流量及濃度等參數(shù)控制在一定值。
　　③不同種類、不同濃度的無機(jī)鹽對(duì)脫色負(fù)荷的影響不同，從總體上說，無機(jī)鹽的加入對(duì)電解反應(yīng)不利。改變pH值時(shí)脫色負(fù)荷基本不變，而電耗變化明顯。

參考文獻(xiàn)：

　?。?］ Gallone P，Achievements and tasks of electrochemical engineering［J］.Electroch imica Acta，1977，22(5)：913-920.?
　?。?］Ismail M I.Electrochemical reactors：their science and technology(Part A)［M］.A msterdam：Elsevier Science Publishers B V，1989.?
　?。?］周定，蔡偉民，孫麗欣.印染廢水脫色新方法的研究［J］.環(huán)境化學(xué)，1984 ，3(4)：35-41.?
　?。?］杜仰民.印染廢水鐵鹽絮凝脫色的研究［J］.給水排水，1992，18(5)：20-2 2.?
　?。?］魏文圃，張志剛.活性炭在印染廢水脫色中的應(yīng)用［J］.工業(yè)水處理，1996 ，16(2)：3-5.?
　?。?］安虎仁，錢易，顧夏聲.染料在好氧條件下的生物降解性能［J］.環(huán)境科學(xué)，1994，15(6) ：16-19.?
　?。?］安虎仁，錢易，顧夏聲.厭氧過程在厭氧—好氧工藝處理染料工業(yè)廢水中的作用［J］.環(huán)境 科學(xué)研究，1994，7(3)：36-39.?
　?。?］楊鳳林，全燮.生物法處理染料廢水的研究進(jìn)展［J］.環(huán)境科學(xué)叢刊，1990，11(2)：23-31 .?
　?。?］全燮，楊鳳林，李和平.幾種偶氮染料生物降解性研究［J］.環(huán)境科學(xué)，1991，12(3)：27- 30.?
　?。?0］孔慶安，吳奇藩，王超.印染廢水混凝脫色機(jī)理［J］.中國(guó)給水排水，1995，11(3)：31-33 .?
　?。?1］李碩文.染液化學(xué)混凝脫色規(guī)律性的研究［J］.環(huán)境化學(xué)，1995，14(5)：4 75-477.?

　　電　　話：(0411)3631333×3526?
　　E-mail:fanlisa2002@yahoo.com.cn
　　收稿日期：2001-09-15