1概述

采用电凝聚技术，对活性黄X-R模拟染料废水的电凝聚处理进行实验研究，考察处理时间、电解电压、染料溶液初始pH值、染料初始浓度、搅拌强度、极板间距等参数对染料脱色效率的影响，并对其机理和反应过程动力学特征进行了初步分析。

2实验部分

2.1实验装置

为自制的原位电凝聚反应槽(直径70mm、高100mm，材质为有机玻璃)，两电极分别为铁和铝，尺寸相同;电源(开关电源的分类)采用MPS-3003S直流稳压电源;实验水样为自配的活性黄X-R染料模拟废水。

2.2仪器与材料

(1)实验药品与材料：两电极分别为铁板和铝(厚2mm、长60mm、宽40mm)，活性黄X-R(原染料，市售)，硫酸钠(分析纯，沈阳远东试剂厂)。

(2)实验仪器：紫外可见吸收光谱仪(UV-3010，用电凝聚法处理活性黄X-R染料废水的实验研究根据染料废水水质复杂且难于生化处理的特点，采用电凝聚技术，对活性黄X-R模拟染料废水的电凝聚处理进行研究，考察各种参数对染料脱色效果的影响，并对其机理和反应过程动力学特征进行了初步分析。研究表明：采用电凝聚方法可以使活性黄X-R模拟染料废水得到有效处理，其中COD去除率最高可以达到73.43，色度去除率最高可达到97.3。

2.3实验过程与方法

(1)配置模拟染料废水。根据实验需要准确称取活性黄X-R，加入电解质，用蒸馏水定容，并根据实验需要用氢氧化钠或硫酸调整pH值。

(2)测定活性黄X-R吸收光谱。活性黄X-R染料废水溶液的吸收光谱曲线，从吸收光谱中可以看出，活性黄X-R在紫外区210nm左右有一尖锐吸收峰，而在可见光区380～410nm都有较大的吸收，其他区域吸收较小，在550nm以上几乎不吸收。本研究采用384nm来测活性黄X-R的吸光度。

(3)实验过程。用量筒量取310mL模拟染料废水倒入电解槽中，调整磁力搅拌器，接通电源，保持电流恒定。从装置通电起开始计时，每间隔一定时间取样 5mL，记录取样时的电极电位和槽压，待反应结束后，静置2min，待絮体上浮到液体表面，分别在3个不同的地方取液，每次大约25mL，将取得的样品进行过滤，在384nm处测定其吸光度。

3结果与分析

3.1处理时间的影响

从可以看出，在开始阶段COD和色度的去除率均随处理时间的增加而增加，15min时COD去除率最高，可以达到70.89.随后COD去除率逐渐降低，在30min时去除率有一定幅度的上升，但相比15min时去除率要低。整个研究过程中，色度的去除效果都十分明显，最高脱色率可达到95以上，在初始阶段色度的去除率变化较大，当超过15min 时，随着时间的增长去除率变化较小。

结果分析：相对于色度而言，COD的去除率较低，主要是由于电凝聚过程中还原作用为主，破坏了染料分子的结构稳定性，使得染料大分子断裂，形成小分子，发光基团遭到破坏而脱色;但此过程对COD的影响并不明显，COD的去除率成先升后降再升趋势，在 15min时达到最大，之后随之下降，据分析是由于随着处理时间的增长，部分絮体溶解，凝聚效果降低。另一方面，随着处理过程中氢气的产生，溶液的pH值逐渐增加，氢氧化铁与强碱反应生成高价盐，导致絮凝的效果下降，COD去除率亦随之下降。综合COD和色度去除效果，最佳处理时间为15min.

3.2电解电压对处理效果的影响

随着电解电压的增大，COD的去除率逐渐增加，最高可达70.52.但当电压达到9V时，COD的去除率开始逐渐降低。色度去除率整体呈上升趋势，在12V取得最大值，最高可达97.

结果分析：随着电解电压的增高，电流密度也会相应的增大，单位时间内产生的金属离子越多，处理效果也就越好，所以COD去除率在7～9V时呈上升趋势。但当电流过大时，容易使电极发生钝化，严重时正极因表面钝化停止向溶液中释放离子，所以COD去除率上升到一定阶段反而会下降。随着电压增高，脱色率也增大，但相对平缓，说明电压对色度的去除率效果影响很小，在9V时去除率为95.85，综合COD去除率，最佳电解时间为9V.

3.3搅拌速度对处理效果的影响

转速对COD和色度去除率的影响都较大。在转数为250r/min时COD去除率较低，只有2.31，随着转速的增加，COD去除率呈上升趋势，最高可达61.34，但当转速增加到1000r/min后反而会下降。色度去除率随着转速的增加而提高，在达到1250r/min之后又有小幅度的下降，最高可达96.

结果分析：在转速较低时，由于没有得到充分搅拌，废水中形成的絮体堆积在极板之间，阻碍离子的运动，降低了电解过程电流强度，因而 COD的去除率不高。随着搅拌强度的增加，降低了电极表面浓差极化现象，提高了电解电流强度，并使电凝聚过程产生的气泡更容易上浮至液面，增强了气浮效果，因而提高了处理效率。随着转速的继续提高，一些絮体被打碎，部分絮体溶解，凝聚效果降低，COD的去除率亦随之降低。色度去除率变化规律COD去除率变化规律大体相同，但要高于COD去除率，说明电凝聚过程中，氧化还原作用对色度的去除起主要作用。

3.4极板间距对处理效果的影响

极板间距在0.5和1.0cm时COD去除率逐渐增加，随后逐渐下降，最高达到73.43.色度去除率在整个过程中都呈逐渐降低趋势，最高为97.3.

结果分析：电极间距的确定与电压、废水的组成等因素密切相关。极板间隙越小，电压降越小，电能损耗就越低。但间距过小，容易导致两极板间絮体的堆积，减小电解电流，增加浓差极化现象对处理过程的影响。随着极板间距的增加，在d=1.0cm的距离时离子的转移和絮体的上升速度最高，所以COD去除率达到最大。但随着极板间距的继续增大，两极板间的电流变小，絮体变少，絮凝效果也会下降，COD的去除率也会随之下降。当极板间距大于0.5cm时，随极板间距的增加，脱色率去除变化不大。这可能是因为极板上产生的离子浓度没有增加，因而絮凝物也不会增加，所以脱色率也没有提高。在0.5cm时色度去除率最高但消耗电流较大，从经济角度考虑应选在1.0cm时的去除率，同时此点的COD去除率最高，因此应根据实际的水质情况以及处理的要求，选择适当的间距。综合考虑在极板间距d=1.0cm(COD=73.43，色度=96.26)时为最优条件。

3.5初始pH值对处理效果的影响

废水脱色率在废水初始pH值从2～10的过程中呈先逐渐增加后又逐渐降低趋势，在pH=6时达到最高为96.94;而COD去除率在pH=2时出现了负值，pH从4～8的过程中呈逐渐增加趋势，在pH大于8后呈逐渐下降趋势，最高为67.74.

结果分析：之所以出现上述现象，据分析是由于pH值在6.0～9.0时，阳极溶出的铁存在多种价态，它们通过絮凝、沉淀、静电吸附等方式共同作用，从而提高了脱色率。但是，当废水初始pH为2.0时，废水中二价和三价铁难于形成两性氢氧化物，以离子状态存在，且含量相对较高，废水色度增加主要是废水中含较多二价和三价铁离子所致。当pH高于10后，在强碱性条件下，部分铁的氢氧化物溶解为高价铁盐，絮凝等作用减少，所以COD和色度去除率均降低。

3.6活性黄浓度对处理效果的影响

在初始浓度为300～800mg/L时，随着废水初始浓度的增加，色度去除率和COD去除率的变化规律并不一致，色度去除率均较高，且随浓度变化波动相对较小，最高为95.73;而COD去除率在浓度为500mg/L时达到最大，为59.12.

结果分析：据分析，出现上述现象的原因主要是由于电凝聚方法对于活性黄模拟染料废水中色度去除是基于氧化还原作用，破坏染料的分子结构，实现发光共轭结构的断裂，从而使色度降低，因此在电极产生的具有氧化还原作用的离子基团数量大于等于水体中的染料分子数量时，可以使绝大部分染料分子结构遭到破坏而使废水脱色，因此脱色效果较好，均在95以上。而对于COD的去除，则是电解氧化还原、电解絮凝、电解气浮等综合作用的结果，因而其变化规律相对复杂，当浓度偏低时，被破坏掉的染料分子形成许多小分子，在溶液中较为分散，难于被电絮凝和气浮过程去除，因此COD去除率偏低;当浓度逐渐增加时，电解絮凝作用逐渐增强，因而去除率随之逐渐增加;当浓度过高时，废水中染料小分子数量超过了电絮凝和气浮作用的极限能力，废水中会有相当数量的染料遭到破坏后产生的小分子剩余，因此COD去除率会随着浓度的继续增加而下降，故在浓度为500mg/L时去除率达到最高，为74.1.

4反应动力学特征分析

根据反应过程中模拟染料废水的浓度与反应时间的变化情况，分析其反应过程的动力学特征。

5结论

(1)采用电凝聚方法处理活性黄X-R染料废水可以有效降低其色度，对于COD也有一定的去除效果。在模拟染料废水溶液浓度为600mg/L，电解质 Na2SO4浓度为0.01mol/L，电解电压为10V，搅拌速度为1000r/min，极板间距为1.0cm，pH=6.5的条件下，处理时间为 15min时，活性黄X-R染料废水的色度去除率可达95以上，COD去除率可达59以上。

(2)处理时间、电解电压、搅拌速度、极板间距、废水初始pH值、废水初始浓度等因素都会对色度和COD的去除产生影响，但影响效果存在差异。总体上来说，处理时间、电解电压、搅拌速度、废水初始pH 值、废水初始浓度等因素对于色度去除效果的影响相对较小，而对COD的去除效果影响较大。

(3)对于色度的去除，主要是电解过程中的氧化还原作用，而对COD的去除则是氧化还原、电解絮凝、电解气浮等过程共同作用的结果。

(4)电凝聚过程处理活性黄X-R染料废水的反应过程，近似符合三级反应动力学特征。