一种微电解-脉冲电絮凝耦合处理染料废水的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种处理染料废水的方法，尤其涉及一种微电解-脉冲电絮凝耦合处 理染料废水的方法。
【背景技术】
[0002] 染料废水的来源十分广泛，最主要的来源是纺织工业，不仅排放量大，而且产生的 废水有机物成分复杂，难降解，色度高。染料废水没有经过合理的处理就排放，不仅会污染 环境、破坏生态系统，而且会因染料中含有偶氮基、苯环基等，对人体健康造成潜在的危害。 因此，染料废水的处理一直是工业废水处理领域的难点。传统的染料废水处理工艺有活性 碳吸附法、生物降解法以及加药吸附法。活性碳吸附法不经济且吸附选择性差，生物降解法 容易导致生物中毒，加药吸附法的效率低，污泥量大，且产生二次污染等，因此都很难广泛 应用于染料废水的处理。
[0003] 微电解法是一种利用金属腐蚀原理形成原电池来处理废水的工艺技术，又称内电 解法，研究表明，微电解法比电解法和化学絮凝法在废水处理方面的成本低，更具应用前 景，但单独采用微电解法会导致铁碳填料容易板结和钝化。电絮凝技术具有设备简单、体积 和占地面积小、无需添加试剂、产生的污泥量少、易于固化和脱水、絮体耐酸性好以及稳定 且易分离的优点，但如果只是使用该方法，会存在电极钝化和能耗高等问题。
[0004] 随后，有学者研究了微电解和电絮凝联合处理废水的方法，例如在申请号为 201010503732.4,名称为"内电解-电解法处理含重金属废水"的发明专利中公开了先进行 微电解处理，再进行电解处理的串联组成方式处理重金属废水的方法，但该方法只是能缓 解微电解填充颗粒板结的现象，并没有能够完全地解决板结问题，在经过长时间的使用后， 微电解池填充颗粒板结问题依然严重，废水的处理效率随之降低。
【发明内容】
[0005] 发明目的:本发明的目的是提供一种将微电解和脉冲电絮凝两工艺相耦合为一步 工艺，更高效地处理染料废水的方法。
[0006] 技术方案:本发明的微电解-脉冲电絮凝耦合处理染料废水的方法包括如下步骤： 首先调节染料废水的pH值为1~4,电导率为500~5000u S/cm，在铁碳微电解池中进行10~ 50min的铁碳微电解反应，然后在该铁碳微电解池上安装电极，再次调节染料废水的pH值为 3~7,进行脉冲电絮凝反应，反应20~40min，静沉20~30min。
[0007] 由于pH值是控制微电解和电絮凝过程效率的较为重要的参数，因此在微电解过程 中设置为酸性的待处理废水，使得微电解产生大量的铁离子和铁氢氧化物絮体;对于电絮 凝系统而言，需要在中性条件下使得铁离子尽可能多的水解为具有高比表面积的铁氢氧化 物絮体，且在弱酸性条件下，铁碳颗粒表面钝化层较薄，铁氢氧化物较为不稳定，通过脉冲 电絮凝正反向交替的电场使得铁碳颗粒表面带电荷的氢氧化物絮体正反向迀移，进而从颗 粒表面脱离进入溶液相，因此在弱酸性的pH值条件下，更便于脉冲电场交替作用实现更好 的缓解钝化作用。
[0008] 进一步说，本发明染料废水的COD为500~10000mg/L，电极底端距离微碳电解池中 的铁碳填料1~3cm，脉冲电絮凝反应采用双向换向脉冲电源作为脉冲电源，其输出电流密 度为1~20mA/cm 2,正反向脉冲电源占空比为0.2~0.8,正反向频率为0.5~2KHz，通电周期 为0 · 2~0 · 8ms，断电周期为0 · 2~0 · 8ms。
[0009] 本发明染料废水的电导率通过添加电解质进行调节，电导率越高，该染料废水的 处理效果越好，但同时费用也越高，优选的，染料废水的电导率为500~2000u S/cm。
[0010]铁、碳填充颗粒的体积比对染料废水的处理效果具有重要的影响，该比值越高，虽 然染料废水的COD去除率越大，但是板结会变严重，该比值越低，虽然板结降低，但染料废水 的COD去除率也随之降低，本发明铁碳微电解池中的铁、碳填充颗粒的体积比为0.5~3,优 选为1.5~2.5,其中，碳颗粒的平均直径为2~5mm，铁颗粒的平均直径为1~10mm，颗粒尺寸 太小，容易板结，颗粒尺寸太大，虽不容易板结，但是COD的去除效率降低。
[0011] 反应机理:本发明将微电解工艺和电絮凝工艺耦合为一个工艺，即在同一反应池 中对染料废水进行处理。微电解工艺采用的主要填料为铁碳颗粒，在酸性条件下由于电位 差形成微型原电池，产生大量的氢氧化铁絮体，该氢氧化铁絮体通过配合反应吸附和降解 染料分子，使得染料废水的色度和COD降低，但同时铁碳颗粒表面会积累铁离子及其氢氧化 物(Fe(OH)2+、Fc(OH)卜&((_汨)4等），容易形成板结沉淀物。电絮凝工艺是利用电解产生 的金属阳离子和氢氧根离子形成一系列的絮体，能较高效地通过专属吸附、网捕卷扫、吸附 架桥作用来吸附污染物，并且其阴极能产生强氧化性的羟基自由基，该羟基自由基具有极 高的氧化性，能够氧化大部分复杂分子，以达到破坏基团、脱色以及除COD的作用。
[0012] 本发明中，在铁碳微电解池中安装电极，即将微电解和电絮凝在同一反应池中进 行，在接通脉冲电源后，可使得具有良好导体性能的铁碳颗粒发生电荷极化，在其表面形成 交替换向的正负极，从而加强铁碳颗粒表面积累的铁离子及其氢氧化物（Fe(OH) 2+、 Fe(OH);、Fc(OH)4等）的传质，使得微电解池中容易形成板结沉淀物的离子迅速传递到 溶液本体，从而从更本上解决了微电解池填充颗粒物板结的问题，并且在脉冲电解过程中， 电解槽中的电荷极化后，铁碳颗粒形成无数的微型电解池，碳颗粒和铁颗粒表面交替形成 阳极和阴极，产生具有更强氧化作用的羟基自由基、超高比表面积和吸附能力的铁氢氧化 物絮体，进一步提高了染料废水的处理效果。
[0013] 有益效果:本发明与现有技术相比，其显著优点为将微电解和电絮凝耦合为一步 工艺，即在同一反应池中对染料废水进行处理，不仅使染料废水的⑶D去除率达到80%以 上，而且通过脉冲电流实现对微电解池内的铁碳表面可溶性铁氢氧化物的正反向电迀作 用，阻止了铁氢氧化物在铁碳颗粒表面的沉积和聚集，从根本上解决了微电解池中填充颗 粒的板结问题，降低了该工艺的设备材耗，提高了该工艺的经济效益。
【具体实施方式】
[0014] 下面对本发明的技术方案作详细说明。
[0015] 本发明的微电解-脉冲电絮凝耦合处理染料废水的方法包括如下步骤:首先调节 染料废水的pH值为1~4,电导率为500~5000us/cm，优选为500~2000us/cm，在铁碳微电解 池中进行10~50min的铁碳微电解反应，然后在该铁碳微电解池上安装电极，再次调节染料 废水的pH值为3~7，进行脉冲电絮凝反应，反应20~40min，静沉20~30min;进一步说，铁碳 微电解池中的铁、碳填充颗粒的体积比为0.5~3,优选为1.5~2.5,其中，碳颗粒的平均直 径为2~5mm，铁颗粒的平均直径为1~10mm。
[0016]更进一步说，本发明的染料废水的COD为500~10000mg/L，电极底端距离微碳电解 池中的铁碳填料1~3cm，脉冲电絮凝反应采用双向换向脉冲电源作为脉冲电源，其输出电 流密度为1~20mA/cm2,正反向脉冲电源占空比为0.2~0.8,正反向频率为0.5~2KHz，通电 周期为0.2~0.8ms，断电周期为0.2~0.8ms。
[0017] 实施例！
[0018]对COD为500mg/L的茜素红染料废水进行处理，调节染料废水的pH值为4，铁碳体积 比为2.5,调节电导率为500us/cm，对废水进行铁碳微电解处理，反应时间为IOmin;在铁碳 微电解池两端安装电极，电极和铁碳填料保持Icm距离，调节染料废水的pH值为7，接通电解 池两端电极的双向脉冲电源，对染料废水进行脉冲电絮凝处理，电解20min，静沉20min，其 中，碳颗粒的平均直径为5mm，铁颗粒的平均直径为10mm，脉冲电源控制输出电流密度为 ImA/cm2,采用双向换向脉冲输出，且正反向脉冲电源占空比为0.2,正反向频率为0.5KHz， 通电周期为〇. 2ms，断电周期为0.8ms，处理后的茜素红染料废水COD为29.0mg/L，C0D去除率 达到94.2%。
[0019] 实施例2
[0020] 设计对比试验A和B，比较不同的处理方式对染料废水COD去除率的影响，其余步骤 与实施例1相同，其中A组实验采用的是微电解-脉冲电絮凝联合处理染料废水的工艺（即先 进行微电解工艺，再进行脉冲电絮凝，二者分别在不同的反应池中进行），B组实验采用的是 微电解-脉冲电絮凝耦合处理染料废水的工艺（即二者都在微电解反应池池中进行），其结 果见表1所示。
[0021] 表1不同的处理方式获得的处理效果对照表
[0023]由表1可知，采用微电解和脉冲电絮凝耦合处理染料废水时，染料废水的COD去除 率高于采用微电解处理-脉冲电絮凝联合处理染料废水的COD去除率，并且通过寿命测试结 果可知，总运行时间在IOh和IOOh的时候，随着总运行时间的增大，联合处理方法处理效果 明显降低，这是由于长时间的微电解以后铁碳颗粒板结严重，从而影响染料废水的处理效 果。
[0024] 实施例3
[0025] 对COD为10000mg/L的孔雀石绿染料废水进行处理，调节染料废水的pH值为1，铁碳 体积比为0.5，调节电导率为5000uS/cm，对废水进行铁碳微电解处理，反应50min;在铁碳微 电解池两端安装平板电极，电极和铁碳填料保持3cm距离，调节染料废水的pH值为3，接通电 解池两端电极的脉冲电源，对染料废水进行脉冲电絮凝处理，电解40min，静沉时间30min， 其中，碳颗粒的平均直径为2mm，铁颗粒的平均直径为1mm，脉冲电源控制输出电流密度为 20mA/cm2,采用双向换向脉冲输出，且正反向脉冲电源占空比为0.8,正反向频率为2KHz，通 电周期为〇. 8ms，断电周期为0.2ms，处理后的孔雀石绿染料废水COD为1148.3mg/L，COD去除 率达到89.7%。
[0026] 实施例4
[0027] 设计对比试验A和B，比较不同的处理方式对染料废水COD去除率的影响，其余步骤 与实施例1相同，其中A组实验采用的是微电解-脉冲电絮凝联合处理染料废水的工艺（即先 进行微电解工艺，再进行脉冲电絮凝，二者分别在不同的反应池中进行），B组实验采用的是 微电解-脉冲电絮凝耦合处理染料废水的工艺（即二者都在微电解反应池池中进行），其结 果见表2所示。
[0028] 表2不同的处理方式获得的处理效果对照表
[0030] 由表2可知，采用微电解和脉冲电絮凝耦合处理染料废水时，染料废水的COD去除 率高于采用微电解处理-脉冲电絮凝联合处理染料废水的COD去除率，并且由寿命测试结果 可知，总运行时间