管式电反应器处理水性油墨废水的研究

摘要

水性油墨广泛应用在柔性版印刷中,其生产和使用过程产生的废水具有化学成分复杂、色度高、难生物降解的特点。实验采用自制的管式电化学反应器处理实际水性油墨废水,通过测定COD值、色度、pH、水体流速等参数的变化,对电化学反应器进行了参数优化,研究了优化后电化学反应器的性能,探讨了电化学降解水性油墨废水的机理和反应动力学。
　　 实验结果表明,在静态条件下,废水的色度和COD去除率随电流密度的增加而增加,当电流密度为20.0 mA/cm2时,废水的色度和COD去除率不再大幅度上升；与电流密度相比,电解质浓度影响幅度较小,当Na2SO4浓度为4.5 g/L时,管式电反应器对水性油墨生产废水的处理效果最好,废水的色度和COD去除率分别达到88.52％、81.75％。通过四组不同初始pH的废水实验比较,综合考虑水性油墨废水色度和COD的去除率,以保留原废水初始pH为最优；在实际废水处理中,综合考虑能耗及去除效果,电解时间选90min为宜。在最佳工艺条件下,水性油墨废水的电化学降解符合表观一级反应模型,线性拟合的相关系数R2=0.9967。
　　 考察不同流速对废水色度和COD去除率的影响,在较低流速范围内,废水色度和COD去除率随水体流速增大而增大；但过高的水体流速反而不利于废水的去除。当流速在0.5×10-3～6.1×10-3 m/s范围内,雷诺数从25.4增加至289.8,反应器的流体流动为层流状态,且反应器内相应的传质系数为2.0×10-5～2.7×10-5 m/s。瞬时电流效率(ICE)随流体流速的增加而随之增加,随着电解时间的增加而逐渐减小。对于电流密度20.0 mA/cm2、电解质浓度4.5 g/L、电极电压7.0 V条件下的水性油墨废水,在0.5×10-3 m/s流速下电解90 min时实际能耗为38.4 kWh/kg COD,管式反应器的能量使用率为39％。
　　 降解水性油墨废水的电化学过程中,pH值逐渐下降,且通过离子色谱检测,反应过程中逐渐由小分子有机酸,包括乙酸及甲酸的产生。对于电解前油墨废水,检测到的主要化合物有正异戊醇、偶氮类有机物、直链和支链碳氢化合物等。电解90 min后,有机物的组成发生了明显的变化,有机物种类减少了很多,而各种小分子酸含量增加,水质的可生化性提高。
　　 管式电反应器能有效处理水性油墨废水,其废水色度和COD去除率均较高,废水有机物转化为小分子有机酸和无机化合物；同时反应器能耗较小。这为管式电反应器进行工业化应用提供有价值的实验实践和理论参考。