三維電極法處理染料廢水的研究
摘要：歸納了染料廢水的各類處理方法，從反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、電極板材料、粒子電極、操作條件等方面總結(jié)了三維電極法處理染料廢水的研究發(fā)展方向及存在的問題，并對其未來進行了展望，以推進和發(fā)展該方法的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：染料廢水，三維電極法，廢水處理
隨著染料生產(chǎn)及印染工業(yè)的迅速發(fā)展，排入環(huán)境的成分——復(fù)雜的染料廢水越來越多。在染料的生產(chǎn)過程中每生產(chǎn)1 t染料，將有2％的產(chǎn)品隨廢水流失[1]，造成了極大的經(jīng)濟損失，也給環(huán)境帶來了嚴重的污染。目前，生產(chǎn)用的染料絕大部分為人工合成的化學(xué)染料，致使染料廢水不僅有機含量高、生化性差、色度高、而且成分復(fù)雜，有毒性[2]。鑒于以上各點，染料廢水的處理成為廢水處理的重點難點之一。
1 染料廢水的處理方法
目前，對染料廢水的處理有：生物法、物理法和化學(xué)法。染料廢水處理的生物法有：表面加速曝氣法、厭氧一好氧、深層曝氣、純氧曝氣、生物氧化溝、UASB等方法。染料廢水處理的物理方法有：吸附法、膜濾法。用吸附法處理染料廢水，吸附劑再生困難；膜濾法處理成本高。染料廢水處理的化學(xué)方法有：混凝法、臭氧氧化法、光催化氧化法、濕式氧化法、超聲波降解技術(shù)、離子交換法和電解法等。其中電解法具有反應(yīng)速度快、脫色率高、操作方便、處理時間短、設(shè)備容積小、占地面積少等特點，所以近年來對電解法的研究和應(yīng)用較多。
2 三維電極法處理染料廢水的研究動向
三維電極是在傳統(tǒng)二維電解槽電極間裝填粒狀或其他碎屑狀電極材料并使裝填電極材料表面帶電，成為新的一極。與通常的平面型電極相比，三維電極具有很大的比表面，能以較低電流密度提供較大的電流強度，體反應(yīng)速度高，時空轉(zhuǎn)換率高，這使得三維電極的研究與應(yīng)用具有極為重要的價值[3]。近年來，三維電極法在高濃度有機廢水，尤其是染料廢水的處理中的應(yīng)用越來越廣泛，所以對三維電極法處理染料廢水的深入研究也已從不同的方面陸續(xù)展開了。
2．1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)
按粒子充填方式和工作原理的不同，電極可分為單極性粒子群電極和復(fù)極性粒子群電極。單極性粒子群電極(有隔膜)是在電解槽的陽極室或陰極室充填低阻抗導(dǎo)電粒子，通過主電極使電極粒子表面帶上與主電極相同的電荷，相當于主電極的外延部分，從而大大增加了電極表面積。電化學(xué)反應(yīng)在陰陽極室各自進行。復(fù)極性粒子群電極(無隔膜)是在平板電極間充填高阻抗導(dǎo)電粒子。
在外加電場作用下，粒子因靜電感應(yīng)而極化，粒子靠近主陽極的一端感應(yīng)而成負極，另一端感應(yīng)成為正極，使每一個粒子成為一個微型電解槽，電化學(xué)氧化和還原反應(yīng)可在每一個粒子電極表面同時進行，大大縮短了傳質(zhì)距離，有效地利用了電解空間[4]。在三維電極電解槽中，粒子存在方式有固定床和流動床兩種。固定方式的粒子材料在床體中不會發(fā)生位移，處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，以填充床為典型代表；流動方式的粒子材料在床體中發(fā)生位移，處于流動狀態(tài)，以流化床為典型代表。其中在流化床中又有移動床、渦流床、噴射床、滾筒床幾種類型。印染廢水的處理中多采用固定床反應(yīng)器。熊林等[5]用三維電極法對印染廢水進行脫色處理，并與二維電極法進行比較，得出結(jié)論：三維電極裝置比二維電極電解槽脫色速度快、處理效率高，脫色效率可提高30％～ 50％。
2．2 極板材料
常用的電極材料有石墨、銅、鐵、鋁、不銹鋼、鈦等。與銅、鋁電極相比，鐵電極便宜，絮凝沉降性能好，適應(yīng)pH值范圍廣，處理廢水后的殘留毒性小，所以在實際應(yīng)用中鐵電極的應(yīng)用較銅、鋁的廣泛。安太成等[6]在對直接湖藍水溶液進行光助電催化降解時所用的陰陽極板均是經(jīng)適當處理后的鐵電極。陳武[7]等在進行三維電極電化學(xué)法處理印染廢水實驗研究時，所用的電極陰陽極是3mm厚的不銹鋼電極。另外，石墨電極在印染廢水處理中的應(yīng)用也很普遍。劉曉波等[8]在反應(yīng)器兩端各置一塊石墨極板作為饋電電極，對印染廢水進行處理，色度的去除率達到90％以上。
2．3 填料(粒子電極)
目前，常用的粒子電極材料主要有金屬導(dǎo)體、導(dǎo)電陶瓷、鐵氧體、鍍上金屬的玻璃球或塑料球、石墨及活性炭等。安太成等[6]用三維電極電助光催化法處理直接湖藍水溶液時所用的填料是光催化劑。采用這種填料處理廢水后，ODD去除率可達66．7％，色度去除率可達96，8％。何國建等用三維電極法處理印染廢水時，所用的填料是由活性炭顆粒與絕緣顆粒按一定比例混合而成，用以減少短路電流，提高處理效率。
2．4 操作條件
在研究三維電極法處理印染廢水的實驗中，主要控制的操作條件有：電解電流(電解電壓)、電解時間(停留時間)、溶液pH值、污染物初始濃度、粒子電極的填量、主電極間距等。在流化床中還要考慮曝氣量。
陳武[7]等在用三維電極電化學(xué)方法處理印染廢水時，分別研究了電解時間、電解電流、主電極間距、填炭量與廢水COD和色度去除率的關(guān)系，并在以上單因素試驗的基礎(chǔ)上，以第二次原水為試驗水樣，做了 (3 4)正交試驗。得出三維電極主電極間距(d)，電流大小(f)，電解時間(T)，填炭量(w)的最佳組合為6 cm，0．4 A，75 min，800 g。在此最佳組合條件下，三維電極處理印染廢水后，水樣COD為30．87 mg／L，色度為零。
3 前景與需要研究的問題
電解法具有氧化降解能力強、無需添加化學(xué)藥劑、不產(chǎn)生二次污染、能在常溫常壓下進行、操作簡單等優(yōu)點。特別是電化學(xué)法中的三維電極法，比普通二維電極法的電極比表面大得多，傳質(zhì)速度及反應(yīng)速度快，電流效率和時空效率高，能耗低，能有效地脫除色度，提高廢水的可生化性，從而使其在印染廢水處理領(lǐng)域的研究與應(yīng)用具有極為重要的價值。電解法水處理技術(shù)未能廣泛應(yīng)用的主要原因是電流效率低，經(jīng)濟上尚欠合理。三維電極極大地擴大了電極的面體比，可以比較完善地解決傳質(zhì)問題，但是三維電極反應(yīng)器的電極材料、電極幾何形狀與尺寸、電極相和電解液相的有效電導(dǎo)率、流體的力學(xué)性質(zhì)、電極的極化類型和程等因素對反應(yīng)器的單程轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)選擇性、電流效率及電能利用率等均有影響。必須經(jīng)過試驗研究探索其中的規(guī)律，優(yōu)化其系數(shù)，解決床內(nèi)電流、電位的分布等問題。這些問題的解決可使三維電極法在廢水處理中的應(yīng)用得以推進和發(fā)展。
參考文獻：
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[7]陳 武．三維電極電化學(xué)方法處理印染廢水實驗研究[J]、工業(yè)水處理，2004，8(24)：43．45．
[8]劉曉波，何國建．活性炭三維電極法對印染廢水的處理研究[J]．環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2004，5(3)：59—62．
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