印染廢水的電化學深度處理及回用研究

印染企業主要採用濕法加工工藝，其漂煉、染色、印花和整理等過程會在廢水中殘留15%的染料及大量助劑.印染廢水已成為最難處理的工業廢水之一，具有高COD（ChemicalOxygenDemand）、高鹽度、高色度和可生化性差等特點，其中芳香胺類中間體合成的偶氮染料對人體健康危害極大.而每加工1噸紡織品需耗水100～200噸，80%以上的用水作為工業廢水排放， 實際回用率不足30%.從水資源的高效利用考慮， 印染廢水的深度處理和回用均十分迫切.

生化工藝因成本低而成為企業處理廢水的首選技術，主要是水解———好氧組合.鑒於印染廢水的如上水質特性，單一生化工藝難以實現污染物深度處理， 使其達標排放和回用.電化學氧化技術對污染物無選擇性，可通過電解反應產生強氧化性的自由基降解污染物，實現對廢水中COD、氨氮等污染物同步去除，在污水處理中備受關注，但鮮見關於廢水電氧化深度處理回用的報道.本文採用PbO2/Ti為陽極的電氧化系統， 進行印染企業生化處理後出水深度處理，對照GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業用水水質》工藝與產品用水標準，從COD、氨氮、色度、氯離子濃度及pH值等水質指標，評價技術的可行性和經濟性.

1實驗

1.1實驗裝置：實驗裝置為自製電氧化反應單元，如圖1所示.

電解槽（PVC材料，長×寬×高= 12.0 cm×12.0 cm×16.0 cm）有效容積為2 L，內置網板式PbO2/Ti陽極（10 cm×10 cm，每塊有效反應面積200 cm2）及相同尺寸不鏽鋼板陰極，極板間距2 cm，槽前後端有進水口與出水口.

1.2廢水水質：實驗廢水（浙江某印染企業生化後出水）水質參數列於表1.

1.3實驗操作：廢水經蠕動泵進入電解槽，體積為2000 mL.接通電源， 調節電流密度.在不同電流密度下電解廢水90 min， 分別在、5、15、30、45、60 min及90min取樣分析廢水中的COD、pH和色度等指標，評價電化學氧化工藝的處理效果.

1.4儀器及分析方法：儀器：MPS系列直流穩壓穩流電源；PHS-3E型pH計；JH-12型COD恆溫加熱儀； 戴安DionexICS-2000分析儀.分析方法： 重鉻酸鉀法（GB11914-89） 測定COD；納氏試劑分光光度法（HJ535-2009）測定氨氮；稀釋倍數法測定（GB11903-89）色度；離子色譜監測氯離子.

2結果與討論

2.1 COD與氨氮的同步去除：分別在電流密度7.5 mA·cm-2，10 mA·cm-2，15mA·cm-2和20 mA·cm-2時電解廢水， 取不同電解時間下的水樣，測定其中COD及氨氮含量，結果如圖2A、2B所示.

研究表明，以PbO2/Ti電極為陽極電解廢水時，電極反應會生成強氧化性物質如羥自由基（●OH)，無選擇性地將有機物氧化成二氧化碳和水，過程遵循電化學間接氧化的機理.由圖2可知， 電化學方法可基本上同步去除COD與氨氮，兩者無明顯相互干擾且氨氮的去除率略高於COD； 相同電解時間內，廢水中COD和氨氮的去除率隨電流密度升高而提高；在較高的電流密度下，COD和氨氮的去除速度也更快，但電流效率也會隨電流密度升高而降低.當電流密度為10 mA·cm-2、15 mA·cm-2和20 mA·cm-2時， 電解60 min後廢水中COD和氨氮均達到廢水回用標準（COD

相對於生化法，電氧化法去除氨氮更徹底，且廢水中的氨氮不會轉化為硝態氮，不增加廢水中的離子濃度.電流密度10 mA·cm-2時，電解45 min後廢水中氨氮濃度即達到回用標準（10 mg·L-1）；電解90 min後廢水氨氮量低於檢測限（

2.2廢水中色度和氯離子的去除：控制電流密度10 mA·cm-2， 不同電解時間下的廢水氯離子濃度和色度結果如圖3所示.

由圖3可知， 色度隨反應時間增加而降低.電解45 min，色度從50下降至5， 之後變化不明顯； 電解60min，Cl-小於250 mg·L-1，達到回用標準.印染廢水色度主要來源於染料分子的共軛體系， 如碳碳雙鍵、氮氮雙鍵以及碳氧雙鍵等不飽和基團和醌化合物等發色體系，電氧化工藝通過共軛體系電子轉移而實現有效污染物降解.從廢水中COD與色度去除的同步性可以說明，污染物分子結構的共軛體系被破壞，污染物被礦化，這與文獻已有報道基本符合.

另外，電解前60 min氯離子濃度變化很小，之後有所下降（約15%）.分析認為，含氯離子廢水電解時，氯離子會被氧化成單質氯、次氯酸，後者氧化其它物質後又轉化為氯離子，形成循環；隨著廢水中有機物和氨氮等還原物質的減少，少量氯氣從廢水中溢出，氯離子含量開始下降.

2.3電化學工藝經濟性初探：以PbO2/Ti陽極、不鏽鋼板陰極構成的電氧化工藝處理印染廢水生化出水， 電流密度10mA·cm-2時電解60 min，COD、氨氮、色度、氯離子濃度以及pH值等指標數值如表2所示， 均滿足GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業用水水質》中工藝與產品用水標準.根據文獻推薦的電流效率計算公式，據表2數據可得電氧化降解COD和氨氮的電流效率分別為37.36%和8.27%，總電流效率為45.6%.電流密度10 mA·cm-2時電解60 min的噸水能耗4.1 kW·h，電價按每千瓦時0.866元計算（浙江工業用電平均電價），

則每噸水處理成本3.55元，扣除水回用減少的企業用水費（印染廠供水價格2.60元/噸）和污水入網費（化工、製革、印染等高污染工業企業污水2.80元/噸）， 廢水處理回用凈節省1.85元/噸.而且， 廢水深度處理回用可有效實現污染物減排.按廢水處理規模200噸/天計，年運行300天，則每年向環境減少排放COD 13.98噸、氨氮1.73噸.

3結論

電氧化工藝可實現對印染廢水生化出水深度處理.以PbO2/Ti陽極、不鏽鋼板陰極構成的電解槽， 控制電流密度10 mA·cm-2時， 電解60 min，COD、氨氮、色度、氯離子濃度以及pH值等指標均達到GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業用水水質》工藝與產品用水標準， 每噸水能耗4.1kW·h，處理費用3.55元，可有效實現污染物減排.

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