电絮凝法处理染料废水过程中电化学振荡的研究

摘要

随着印染业大步发展，印染废水的处理已经成为一大难题。一方面是有机物种类的增加，另一方面则是难生物降解物质大量出现，传统的生物方法已经不能满足印染业的实际需求，去除印染废水的技术和方法已成为环境领域的一个重要研究课题，电化学絮凝法作为一种操作简单、易于自动化并且具有环境兼容性的方法吸引了众多学者的眼光。
　　本文利用电絮凝法对实际印染废水进行前处理，建立电压梯度来探究了电压对sCOD以及DOC降解效果的影响，实验表明在反应2h后，当外加电压为4 V时，出水sCOD为1788.2 mg/L，降解效果最好，达到25%，同时出水的BOD5/sCOD的比值为0.28，出水的可生化性提升了10倍。此时体系的库伦效率为13.24%，库伦效率随着电压的增加而减少，2 V时为33.67%。能耗则随着电压增加而增加，4 V时体系能耗为14.04kWh/m3。相对于设定的其他电压，综合降解效果、库伦效率以及能耗，认为4 V为处理该实际废水的最佳电压。对于出现此低压高效现象的原因，本文继续电絮凝法处理亚甲基蓝效能进行实验分析，结果表明，在对亚甲基蓝溶液降解过程中，同样出现了低压高效的现象，较之高压和低压，当电压为2.6 V时，降解效果最好，反应105min后亚甲基蓝的降解了99.9%，TOC降解了85.3%。有研究表明这一现象可能与电化学振荡现象有关。
　　将对电絮凝装置在不同电解液中的电化学振荡进行研究，首先用循环伏安法大致判断出不同浓度的电解质中铁电极阳极溶解过程中可能发生电化学振荡的电位区间，然后使用电化学工作站测试不同恒电位模式下反应电流的时间序列，利用编写好的 matlab程序计算时间序列的各项混沌特征值：功率谱、关联维数、Kolmogorov熵以及最大Lyapunov指数，用以来判断该时间序列的混沌性，即电化学振荡。结果表明，电化学振荡不仅在有机溶液的处理过程中出现，在无机溶液中也会出现。其出现只要是因为铁电极钝化有关，与电解质溶液无关，但电解质的不同会影响电化学振荡出现的电位节点。在2mol/L的硫酸溶液中，振荡电位区间为1.2~1.7 V，较之低浓度硫酸溶液，振荡电位区间宽，振荡明显。在此区间中特阳极溶出的量也是最高的，达到了0.6 g，较之高电位提高了50%以上。
　　实际应用中，通常污水处理工艺多在中性条件下运行，本文将在了解了电化学振荡对电化学絮凝体系的作用的基础上，将原有酸性电解液改为中性电解液硫酸钠，以期达到与低pH体系同样的效果。对于高含盐体系，使用同样的电化学实验方法，最终确定了在硫酸钠体系中，铁电极溶解过程中同样会发生电化学振荡现象。再通过对相同条件下不同外加电位下反应后絮凝效果的比较，得到以下结论：同一浓度下，当外加电压处于振荡电位区间时，生成的有效氢氧化铁絮状物越多，絮凝效果也就越好，浊度去除率为88.3%。本文对电化学振荡的研究给电化学去除污染物的方法提供了一种在保证处理效果的同时，降低能源消耗的新思路。

目录

第1章 绪 论

1.1研究背景

1.2染料废水的研究现状

1.3电絮凝技术

1.4电絮凝中的电化学震荡与混沌体系

1.5混沌时间序列的研究内容

1.6 课题的研究目的、意义及主要研究内容

第2章 材料与方法

2.1试验材料与仪器

2.2主要指标计算

2.3时间序列研究方法

2.4相空间重构

第3章 电絮凝对亚甲基蓝及染料废水处理效能研究

3.1引言

3.2电压对亚甲基蓝及TOC的降解效能的影响

3.3不同电压对染料废水处理效能的研究

3.4本章小结

第4章 电絮凝过程中的阳极电化学振荡

4.1引言

4.2阳极电化学振荡电位区间的确定

4.3电解质浓度对电化学振荡的影响

4.4本章小结

第5章 电絮凝阳极电化学振荡在废水处理中的应用

5.1引言

5.2阳极电化学振荡电位区间的确定

5.3高盐废水中的电化学振荡

5.4电化学振荡对电絮凝处理含盐废水效果的影响

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

声明

致谢