电解法处理水性油墨废水专业技术特点及原理

1、电解法处理水性油墨废水技术 特点及原理作者:日期:电解法处理水性油墨废水技术特点及原理电解法处理废水技术特点电催化法用于去除废水中有机污染物的研究不断增多，原因在于电催化法处 理难降解的有机物具有很好的效果，在反应过程中，形成具有强氧化性的 （OH） 基团，作为中间产物实现污染物的深度氧化分解。电氧化技术作为一种环境友好技术，因其具有处理废水中污染物能力强、设 备体积小、无二次污染等优点，在水处理中的应用一直受到重视并有广泛的应用 前景。水性油墨废水处理主要是去除废水中的难生化降解物质。目前，水性油墨废水处理可采用物理法、化学氧化法、生物法、电化学法、复合法等。水性油墨废水处理难点主要有以下几

2、个方面：A、废水中含有成分复杂的有机物，分子量大，对水体影响较大；B、水质中BOD/CODvO.3，比较难生物降解；C、高化学需氧量、高色度、氨氮、重金属离子；D、油墨废水种类多、水质波动大。解决水性油墨废水处理难点思路主要有以下几个：A、低成本的预处理方法，去除水中难溶解的大颗粒污染物。B、将溶解于水的小颗粒通过合适的方法使之成为大的颗粒沉淀分离出来。C、将废水中的发色基团、化学需氧量、氨氮、有机物、难降解物质去除。D、与生物法联合应用，可使原水的污染物浓度大幅下降后，有利生物法深 度处理过程的连续、平稳进行。技术创新以往使用的化学法存在处理成本高、 应用面不广和引入二次污染等问题。 生 物

3、法存在菌种的训化时间长（通常需要一个月），体系抗冲击能力脆弱，生化效率 差，对水源要求高等问题。昆山美淼环保科技有限公司开发的电氧化法处理水性 油墨废水很好的解决了生物法出现的问题， 并且在处理废水的过程中不引入二次 污染。电氧化法是对高难废水最清洁、高效、低成本的方法。电氧化法因其具有其他方法难以比拟的优越性而成为处理水性油墨废水领域的研究热点，具体表现为:A、电氧化法能量消耗低，反应条件温和。反应条件在较低的温度下即可，同时可以通过控制反应条件减少副反应等原因引起的能力损失（反应条件低，所需电费少）；B、电氧化法污染小，处理污染物主要通过电子转移反应，不需添加其他试剂，避免因添加试剂产生污

4、染。同时反应的选择性高，电解产生的自由基可直接 与有机污染物反应，并降解为简单低分子有机物和无机物，二次污染少（处理过程中几乎不加入试剂，不引入二次污染，清洁高效）。C、 电氧化法电流效率高，污染物去除率高。电氧化法处理高难废水COD 去除率达80%以上，B/C值由0.3以下提高到0.4以上，处理效果显著（处理水 性油墨废水效果显著）。D、电氧化工艺既可作为独立单元处理废水，也可与其它处理单元相结合。E、电氧化法能很好将废水中发色基团、化学需氧量、氨氮、有机物、难降 解物质去除；F、废水处理设备无需土建即可完成废水处理，设备占地面积小。电解法处理印染油墨行业废水概况电催化法用于去除废水中有机污

5、染物的研究不断增多，原因在于电催化法处 理难降解的有机物具有很好的效果，在反应过程中，形成具有强氧化性的？OH基 团，作为中间产物实现污染物的深度氧化分解。该基团具有高氧化电极电位（2.80v）,比O3（2.07v）和H2O2（1.76v）分别高35%和59%，氧化能力仅次于氟；另 外,具有高电负性（亲电性），其电子亲和能为569.3kJ,容易进攻高电子云密度点。 ?OH基团在降解废水时具有以下特点：（1）?OH基团是催化氧化过程的中间产物，作为引发剂诱发链反应，对生物 难降解有机物特别适用；（2）?OH基团在氧化污染物时无选择性，且直接将有机物氧化为CO2、H2O或 矿物盐，实现了有害物质进

6、一步销毁的目的，不会造成新的环境污染；（3）?OH基团氧化是一种物理化学过程，比较容易控制；（4）?OH基团氧化反应条件温和，容易得到推广应用。目前，国内电催化法水处理的研究应用已有一定的基础，然而和国外相比还不是很系统，又多集中在重金属和氰离子废水处理方面。随着水处理领域的热点 转移到有机废水的处理，电化学法催化降解有机废水受到国内外的关注。 电催化氧化技术原理电化学法降解有机污染物是一个很复杂的过程，其机理研究还在探索之中， 有研究者认为，其原理是利用电极在电场作用下， 分解H20，产生具有强氧化能 力的羟基自由基(?0H基团)，从而使许多难以降解的有机污染物分解为 C02或其 它简单化合

7、物。首先溶液中的 出0或0H 在阳极上放电并形成吸附的氢氧自由基下列式中 MOx为氧化电极：M0x H20 M0x(?0H) + H+ + e-然后吸附的氢氧自由基和阳极上现存的氧反应，并使氢氧自由基中的氧转移给金属氧化物晶格，而形成高价氧化物 M0x + 1 :M0x(?0H) M0x + 1 + H+ 1 + e-(2)当溶液中没有可氧化的有机物时，两种状态的活性氧按以下步骤进行氧析出 反应：M0x(?0H) 1/20 2 + M0x + H + 1 + e-(3)M0x + 1 1/0 2 + M0x(4)当溶液中存在可氧化的有机污染物R时，则反应按式(5)、式进行:R + M0x(?0

8、H)z C0 + M0x + zH + 1 + ze-(5)R + M0x + 1 R0 + M0x(6)可以看出，在电催化氧化过程中，阳极上存在两种状态的活性氧，即吸附的 氢氧自由基和晶格中高价态氧化物的氧，因此电氧化反应可以按两条途径进行。 当反应高效进行时，表现为非生化降解有机物深度氧化分解，即吸附态0H的 主要氧化产物为C02和H20。为使反应(5)快速进行，阳极表面必须存在高浓度 的吸附态0H，电流效率主要取决于反应(5)和(3)的速率比；当反应(2)和(6)高效 进行时，表现为非生化降解有机物转化为可生化降解有机物，即高价态氧化物晶格中的氧的氧化产物主要是一些有机酸、醌等有机物。为

9、使反应(6)快速进行，金属氧化物晶格中的氧空位浓度必须足够高， 使阳极产生的吸附态 0H迅速转移到金属氧化物晶格中，即反应(2)的速度要比反应(1)快，电流效率主要取决于反 应(6)和(4)的速率比；上述两种反应的电流效率均与电极材料有关，反应(5)还与阳极电位有关。因此，选择合适的电极材料是电化学氧化技术处理废水的技术关 键。为了提高OH基团氧化有机物的效率，必须防止副反应(3)和(4)，即限制氧 气的析出，因此必须控制好反应条件，如反应温度、溶液的pH值和反应的电流密度，选择较高电位的阳极材料能很好的抑制氧气的析出。电解法不仅是应对高浓度有机废水有效手段，也是应对高浓度氨氮最有效、 成本最

10、低、过程最清洁的方法。其反应机理为电解氧化氯离子为新生态氯原子等 活性氯，这些新生态氯与氨作用，使氨氧化为无二次污染的氮气：Cl Cl + e (7)6CI + 2NH3 N2 + 6HC1(8)电解法处理印染油墨行业废水分为直接电解法(直接电氧化法)和间接电解法。直接电氧化法目前，染料废水电氧化降解脱色研究是在不同的试验模式下进行的。染料直接电氧化降解脱色研究所采用的试验模式有：隔膜电解槽(恒电位、恒电流、给定槽压等)和无隔膜电解槽(恒电位、给定槽压、稳流等)。给定槽压模式的试验使 用稳压电源，对设备要求简单，容易进行，但可获得的有关染料电化学氧化特性 的信息较少。恒电流(galva no

11、static)模式和.稳流(constant current)模式没有本质区别，都是维持两极间电流的恒定，只 是前者特指使用恒电流仪来实现，后者则是指使用稳流电源来实现。采用这两种 试验模式对染料废水进行电氧化，便于对反应速率进行控制，也可为大规模处理 装置提供运行参数。但随着电氧化的进行，反应物浓度不断降低，为了保持电流 恒定，槽压必然升高，从而引起电位向更正的方向变化，因此可能导致副反应的 发生和加强，如染料废水的恒电流电氧化降解脱色，随着反应的进行析氧的竞争 反应可能被加强，导致电流效率降低。采用恒电位仪来控制电极电位，在恒电位模式下研究染料废水电氧化降解脱色，可较好地避免以上问题。恒电

12、位电氧化的特征是保持电极电位不变，从而保证体系不发生其它反应，这就可能实现无析氧竞争的染料降解脱色过程。更 重要的是，通过恒电位试验模式，可以确定染料在电极上电氧化降解的难易程度,即确定其氧化电位，同时还可为大规模处理装置运行参数的确定(如确定合适的 电流密度)和能耗的控制提供参考。在电解槽设计方面，当采用无隔膜电解槽时， 阴极电化学过程可能对染料的脱色有所贡献，从而影响阳极氧化降解脱色。采用 有隔膜电解槽则可避免上述影响，实现分别考察染料废水的阴极还原或阳极氧 化脱色。常用的隔膜一般分为多孔膜和离子交换膜两种，离子交换膜又分为阳离 子交换膜和阴离子交换膜。周艳伟等人采用恒电位模式以及应用隔膜

13、电解槽对模拟染料废水进行处 理。他们以恒电位仪控制阳极电位,对偶氮染料苋菜红在活性炭纤维电极(activa ted carbon fiber, ACF)上电化学氧化行为进行了研究。试验中采用阳离子交换膜 将电解槽分隔为两室，避免了对阴极还原过程的影响。发现其氧化过程符合一级 反应动力学方程，并给出了试验条件下苋菜红在活性炭纤维电极上的氧化电位 为 0.6V。染料的直接电氧化难易程度由施加在工作电极上的电位大小决定，而反应速率在一定程度上由流过电极表面的电流决定。但若阳极施加电位过高，则会有析氧反应的竞争，导致电流效率CE较低。因此，寻找具有高析氧的电位电极 一直是电氧化法处理有机物研究的工作重

14、点。申哲民等人21采用电沉积法制备了 PbO2 电极及其复合电极(F-PbO2 /Ti B -i PbO 2 /T,iAg-B-i PbO 2 /Ti 和 Co-B -i PbO2 /T i电极)，并对含酸性红B的模拟染料废水进行处理,发现Co-B -i PbO2 /T i其析氧电位高达2.1V(参比电极为汞和硫酸亚汞电极),且兼有较高的催化效 果和较长的使用寿命。G. H. Chen等人利用制得的硼掺杂金刚石(Boron-doped diam ond, BDD)涂层电极Ti/BDD对酸性橙b及另外16种活性染料进行处理, 证明该电极具有较高的电化学稳定性和催化性能。除此之外，提高电极的比表面

15、积，即增加电极的电化学活性位也是提高电流效率的有效手段。为此，一系列具有高比表面积的新型三维炭材料电极，如颗粒活性炭(GAC)、石墨颗粒和活性炭 纤维(ACF)等被引入染料废水电氧化处理研究中。这些试验证实,应用这些三维电 极电化学研究染料溶液，可取得较好的处理效果。贾金平等人发现，应用活性炭 纤维处理效果远远好于化学絮凝法，可与Fen to n试剂氧化法对模拟染料废水处理效果媲美。且相对于Fenton试剂而言，受染料结构的限制不大，对各种染料的 脱色率都很高，适应性较广。另外，他们也发现三维电极法比平板电极法节能可 达70%以上，并且电解效果越好的染料，采用三维电极法电解节能效果越明显。 简

16、接电氧化法染料废水的间接电氧化脱色是利用电解产生的强氧化剂来氧化染料的。在含氯化物介质中,利用阳极析氯继而水解形成 CI0-,或电解生成Fenton试剂氧化 染料分子，是染料废水间接电氧化常见的形式。当利用电化学氧化法处理含CI-染料废水，或使用含CI-的无机盐作支持电解质时，电解生成CIO-在体相均相氧 化染料作用明显，对溶液脱色起决定性作用，但对氧化产物进一步降解的能力不 强。Tak-H yunK im等人研究表明,当使用含CI-絮凝剂进行印染工业废水电化 学处理的前处理时，处理效果大大好于使用不含 CI-的絮凝剂时的情况。一般溶 液中，CI-浓度或给定电流密度的增加可提高反应速率和处理效

17、果；但当电流密度持续增加，传质过程的限制以及副反应的加强，将阻碍电氧化降解脱色反应速 率和处理效果的提高，同时降低电流效率。Fen ton试剂在染料废水脱色处理过程 中，除具有强氧化作用外(氧化电位高达2.8V),还兼有混凝作用，因此其脱色效 率和COD去除率较高。一般可以通过以下方式生成Fenton试剂：(1) H2O2由氧分子在阴极两电子还原生成，或由外部加入；(2) Fe2+可利用牺牲性Fe阳极氧化生成或通过Fe3+的阴极还原产生,或由外 部加入；(3) 氧可由外部提供(通入空气或氧气)，或由H2O阳极放电现场发生。S. H. Lin等人以电产生Fe2+和外加H2O2的方式生成Fento

18、n试剂,完成了对 印染废水二级处理出水、处理回用可能性的研究。试验结果表明，与不外加H2O2相比，外加H2O2可显著提高降解脱色效果。陈日耀等人使用铁板作阳极，多孔炭作阴极，在阴极通以氧气或空气的情况下，进行了恒定电流电解产生Fenton试剂, 对酸性铬蓝或茜素红模拟废水和工业染料废水电氧化降解脱色的研究。试验结果表明，整个降解脱色过程包括两个步骤：首先是电生成Fen ton试剂作用下的染料电化学氧化降解脱色；其次是反应过程中生成的Fe(OH )3包裹大分子配合物的共沉积过程。现有芬顿法处理水性油墨废水问题:1运行不畅。渣水分离不彻底，导致渣进入生化系统；生化系统运行 不畅。2、运行复杂，要求1个人工专职负责运行。因所加药剂种类多，清渣 不畅，