電化學法處理反滲透裝置濃水

　　反滲透工藝在制備回用水的同時也產(chǎn)生污染物濃度較高的濃水，且濃水水量通常占回用水量的1/3。這類廢水的COD一般在60mg/L以上，超過國家廢水一級排放標準要求，不能直接排放，且B/C較低，電導率>3000μS/cm，可生化性差，處理難度極大。反滲透濃水處理已成為雙膜工藝在污水回用領域的瓶頸。國內(nèi)外對反滲透濃水的處理方式有提高回收率、直接或間接排放、綜合利用、蒸發(fā)濃縮等方法。其中提高回收率、直接或間接排放并沒有根本去除污染物;綜合利用對于污染物成分復雜的廢水來說有很大的局限性;蒸發(fā)濃縮則能耗過高，大多企業(yè)無法承受。因此尋找高效降解污染物的處理方法是解決反滲透濃水處理難題的關鍵。

　　電化學氧化通過陽極反應產(chǎn)生具有強氧化作用的中間物質或發(fā)生陽極反應之外的中間反應，使污染物發(fā)生氧化，最終達到降解污染物的目的。筆者采用電化學法對反滲透濃水進行處理，以期達到反滲透濃水達標排放的目的。

　　1、試驗部分

　　1.1 試驗裝置

　　有回流泵的敞開式PVC電解槽(10cm×10cm×11cm)，HB-7直流穩(wěn)定電源。試驗處理水量1000mL，陰、陽電極有效面積均為10cm2，極板間距1cm，直流穩(wěn)壓電源采用恒電流模式。試驗裝置見圖1。

　　1.2 試驗原料

　　試驗用水為某石化污水處理廠的反滲透處理裝置濃水，水質情況如表1所示。

　　電極材料：釕銥鍍層鈦、銥鉭鍍層鈦、鈦、黃銅、鋁合金、普通碳素鋼、不銹鋼、石墨。極板尺寸為10cm×10cm。

　　1.3 分析方法

　　氯離子采用硝酸銀滴定法測定;游離氯采用N，N-二乙基-1，4-苯二胺光度法測定;堿度采用酸堿指示劑滴定法測定;總硬度采用EDTA滴定法測定;COD采用重鉻酸鉀法測定。

　　2、實驗結果與討論

　　2.1 極板選擇

　　電解反應后，鋁合金表面有明顯白色腐蝕點;釕銥鍍層表面的氧化物無損耗，表面無變化;黃銅表面較平整;碳素鋼有大面積腐蝕現(xiàn)象。

　　鍍層鈦板作陽極時，無絮狀體，水質清澈、色度低，其他3種材料的反應類型都以絮凝沉淀為主，鋁質和銅質極板的自身溶解速度相近，絮體較少，鐵質材料的氧化溶解能產(chǎn)生大量絮體，絮凝沉淀速度較快。不同材料作陽極時的COD降解效果如表2所示。

　　比較水處理效果和極板腐蝕情況后認為，鍍層鈦板是最佳的陽極材料。

　　確定陽極為釕銥鍍層鈦，在其他試驗條件相同的情況下，用不同陰極進行電化學反應，不同陰極材料的COD降解效果見表3。結果表明選擇鈦作陰極時降解效果最佳。

　　2.2 主要控制條件對COD降解效果的影響

　　(1)電源電壓。

　　在極板間距為10mm、通電時間為20min、回流泵流量為24L/h的條件下，不同電壓下的COD去除率如圖2所示。

　　由圖2可見，COD去除率隨電壓的增加快速增大，電壓達到20V后，COD去除率的增速變緩。說明增大電壓是提高COD降解效果最直接的方法，但電壓增大到一定程度后，電壓對COD降解效果的影響減小。

　　(2)通電時間。

　　在電壓為20V、極板間距為10mm、回流泵流速為24L/h的條件下，不同通電時間下的COD去除率見圖3。

　　圖3中，通電時間越長，處理效果越好。通電20min后，通電時間對COD處理效果的影響減小，延長時間不再是提高COD去除率的有效辦法。

　　(3)極板間距。

　　在電壓為20V、通電時間為20min、回流泵流速為24L/h的條件下，不同極板間距的COD去除率見圖4。

　　一般極板間距越小處理效果越好，但間距太小容易形成濃差極化，降低電流效率。極板間距在5~10mm時，極板間距增大明顯不利于COD的去除;極板間距在10~20mm時，隨距離的增加，COD去除率有上升趨勢;極板間距>20mm后處理效果明顯下降。10mm和20mm處為折點。極板間距對COD去除率的影響效果有正有負，關鍵是找到轉折點。

　　2.3 正交試驗結果

　　COD降解效果較穩(wěn)定的條件范圍：電壓15~20V，極板間距10~20mm(考慮到極板間距為5mm時反應劇烈，水溫迅速升高，不宜作為優(yōu)選條件)，通電時間20~30min，要求水溫不超過50℃。在該范圍內(nèi)進行3水平3因素正交試驗，分析結果見表4。

　　各因素的影響程度次序為電源電壓>通電時間>極板間距;水溫低于50℃時降解效果最佳的操作條件為電壓22V、極板間距20mm、通電時間25min。正交試驗的COD去除率最高只有40%，考慮原因認為正交試驗的進水COD隨著污水處理廠工藝條件的改變有所降低，進水COD只有40~50mg/L，導致去除率整體降低。

　　2.4 分析結果

　　在相同試驗條件下(22V、20mm、25min)對同一地點7次取樣的反滲透濃水進行平行處理，測得出水COD在15~45mg/L之間。同步監(jiān)測原水與處理水的水溫、pH、電導的變化量，結果表明反應時的pH與COD的變化顯著相關，說明在電化學氧化研究中pH是重要指標。在電化學氧化工業(yè)化過程中，可以尋求pH與COD之間的變化規(guī)律，通過跟蹤pH的變化預測COD的降解效果。相關分析結果見表5。

　　采用釕銥鍍層鈦陽極與不同陰極搭配處理反滲透濃水，分析得到pH與COD去除率顯著正相關。說明在本試驗過程中，電化學氧化反應時的pH對COD降解效果的影響較大，而pH主要通過陰極反應控制，由于陰極存在差異造成陰極反應的差別，從而影響COD降解效果。水溫、pH的變化量與COD去除率的相關分析結果見表6。

　　表6中，不銹鋼和鈦作陰極時pH變化量相近，但不銹鋼作陰極時，更多的能量用于提高水溫，說明鈦作陰極時的電流效率比不銹鋼的高，COD降解效果較好。而黃銅和鋁合金作陰極時，pH向負方向變化，COD去除率降至15%以下。陰極不同造成陰極反應速率的差異，從而影響溶液的pH變化。黃銅作陰極時，溶液pH下降較多，有偏向酸性發(fā)展的趨勢，此時COD去除率不到10%，說明偏酸性環(huán)境不利于電化學氧化對COD的降解。

　　3、結論

　　(1)通過試驗確定電化學氧化法降解COD效果最佳的體系為釕銥鍍層鈦陽極和鈦陰極。分別考察了電壓、極板間距、通電時間對電化學氧化法降解反滲透濃水COD效果的影響，結果表明極板間距20mm、電壓22V、通電時間25min為最佳操作條件。

　　(2)采用電化學氧化法處理COD在50～70mg/L的反滲透濃水，COD去除率在60%左右。某一操作條件發(fā)生改變時，COD去除率仍可保持在30%左右。(來源：(中國石油蘭州化工研究中心)