染料废水的电凝聚法处理研究

论文摘要

染料工业废水因其毒性强,浓度高、色度高、组分复杂、含盐量高、且pH值波动大,成为当前工业废水治理难题之一。近年来,电凝聚技术由于其固有的、简单的设计和操作,以及处理工艺对开发小规模、低成本水处理系统的迫切需求,有关电凝聚技术应用于水处理的可行性和发展前景的研究正受到越来越多的关注。本研究选择蒽醌染料活性艳蓝X-BR配制的模拟染料废水为研究对象,分别采用Fe-Al组合,电源周期换向的电凝聚法（简称周期换向法）和Fe-Fe组合,通直流电源的传统电凝聚法对模拟染料废水进行处理,通过调控实验中各反应条件,以染料的脱色和COD去除效果为判据,考察各个因素对上述两种电凝聚法处理染料废水效果的影响,对其反应机理进行分析。研究表明：电解时间、电极电压、搅拌速度、换向周期、染料废水原液浓度、电解质浓度、极板间距、初始pH值对电凝聚法处理染料废水存在不同程度的影响。周期换向法最佳反应条件为：电解时间35min,电极电压9V,换向周期11s,搅拌速度为750r/min,染料废水原液浓度为1200mg/L,电解质（Na2SO4）浓度0.0045mol/L,极板间距0.6cmm,染料废水初始pH不调。在最佳反应条件下活性艳蓝X-BR模拟染料废水的脱色率可达99.42%,COD去除率为93.03%。传统电凝聚法最佳反应条件为：电解时间30mmin,电极电压9V,搅拌转速750r/min,染料废水原液浓度9000mg/L,不添加电解质,极板间距1.0cm,染料废水初始pH不调。在最佳反应条件下活性艳蓝X-BR模拟染料废水的脱色率可达99.66%,COD去除率为95.18%。研究发现,周期换向法对浓度在300-1200mg/L范围变化的活性艳蓝X-BR染料废水处理效果较好,不适用于处理低浓度（<300mg/L）和较高浓度染料废水（>1200mg/L）。传统电凝聚法能较好的适应染料废水原液浓度发生大范围变化,尤其适用于处理中高和高浓度染料废水（300-9000mg/L）。在实验过程中发现,周期换向法能有效减缓金属电极表面的腐蚀速度,且能够有效缓解或阻止电极钝化现象的发生；在周期换向法处理的废水浓度范围内,周期换向法的能耗较传统电凝聚法低。综合考虑染料废水的处理效果、电能消耗、电极腐蚀和钝化情况,周期换向法较传统电凝聚法有一定优势。对实验机理进行分析得出,活性艳蓝X-BR模拟染料废水的脱色是由于电凝聚过程中发生了电解凝聚、电解气浮、电解氧化、以及电解还原这四种电化学协同作用,且金属离子的凝聚作用是以铁离子为主。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 染料起源
• 1.1.1 染料分类
• 1.1.2 活性染料简介
• 1.1.3 染料发色机理
• 1.2 染料废水概述
• 1.3 染料废水的处理方法及研究现状
• 1.3.1 物理法
• 1.3.2 生物法
• 1.3.3 化学法
• 1.4 电凝聚机理简介
• 1.5 本论文的选题目的、意义和研究内容
• 1.5.1 选题目的和意义
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验试剂、材料和实验仪器
• 2.1.1 处理对象——活性艳蓝X-BR
• 2.1.2 化学试剂和材料
• 2.1.3 主要实验仪器及装置
• 2.2 实验过程和方法
• 2.2.1 试剂配制
• 2.2.2 模拟染料废水配制
• 2.2.3 电极处理
• 2.2.4 实验步骤
• 2.2.5 染料废水吸光度-浓度标准曲线
• 2.3 实验分析方法
• 2.3.1 脱色率计算
• 2.3.2 废水COD去除率计算
• 2.3.3 紫外—可见吸收光谱（UV-Vis）
• 2.3.4 X射线衍射（XRD）分析
• 2.3.5 高效液相色谱（HPLC）分析
• 2.3.6 红外光谱（R）分析
• 2.3.7 电极表面扫描电镜（SEM）分析
• 第3章 电凝聚法处理染料废水的实验研究
• 3.1 传统电凝聚法处理模拟染料废水的实验研究
• 3.1.1 电解时间对模拟染料废水处理效果的影响
• 3.1.2 电极电压对模拟染料废水处理效果的影响
• 3.1.3 搅拌速度对模拟染料废水处理效果的影响
• 3.1.4 染料原液浓度对模拟废水处理效果的影响
• 3.1.5 电解质浓度对模拟染料废水处理效果的影响
• 3.1.6 极板间距对模拟染料废水处理效果的影响
• 3.1.7 废水初始pH值对模拟染料废水处理效果的影响
• 3.2 周期换向法处理模拟染料废水的实验研究
• 3.2.1 电解时间对模拟染料废水处理效果的影响
• 3.2.2 电极电压对模拟染料废水处理效果的影响
• 3.2.3 搅拌速度对模拟染料废水处理效果的影响
• 3.2.4 电源换向周期对模拟染料废水处理效果的影响
• 3.2.5 染料原液浓度对模拟废水处理效果的影响
• 2SO₄）对模拟染料废水处理效果的影响'>3.2.6 电解质浓度（Na₂SO₄）对模拟染料废水处理效果的影响
• 3.2.7 极板间距对模拟染料废水处理效果的影响
• 3.2.8 废水初始pH值对模拟染料废水处理效果的影响
• 3.3 最佳实验条件下能耗分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 电凝聚法处理染料废水机理研究
• 4.1 模拟染料废水处理前后产物UV-Vis分析
• 4.1.1 传统电凝聚法处理前后UV-Vis分析
• 4.1.2 周期换向法处理前后UV-Vis分析
• 4.2 模拟染料废水降解过程HPLC分析
• 4.2.1 传统电凝聚法降解过程HPLC分析
• 4.2.2 周期换向法降解过程HPLC分析
• 4.3 金属离子的凝聚作用分析
• 4.3.1 活性艳蓝X-BR染料XRD分析
• 4.3.2 传统电凝聚法处理后絮体XRD分析
• 4.3.3 周期换向法处理后絮体XRD分析
• 4.4 周期换向法减缓电极钝化机理分析
• 4.5 模拟染料废水降解过程IR分析
• 4.6 电极电镜扫描（SEM）分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 结论及建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文情况