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造纸废水的微电解脱色技术

北极星环保网  来源:《西南造纸》  作者:黄武等  2018/1/12 8:38:36  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:工业废水 造纸废水 废水处理

北极星环保网讯:摘要:对造纸废水的特征及微电解法概念和基本原理作了简明阐述,探讨微电解法脱色的机理和影响因素,总结了该工艺的优缺点该工艺具有作用机制多、协同效应强、脱色效率高、使用寿命长、成本低廉等优点,在造纸废水脱色处理上将具有良好的工业应用前景。

1、造纸废水特征

造纸废水产生与生产过程的各个工序有关,总的来说可以分为黑液、中段废水与白水三类,其成分、产生量及水质特征列于表1

造纸废水难生化特性:一般废水的生化特性可根据其COD/BOD的大小来判断:大于0.45生化性较好,大于0.30可生化,小于0.30较难生化,小于0.25不宜生化。由表1可见,木浆中段废水的COD/BOD都小于0.25生化降解特性很差,这

是因为木材含有更多难以生化降解的木素所致。因此,制浆中段废水直接采用传统的生物法来处理是很难成功的。

制浆企业的制浆黑液,包括木浆和草浆黑液目前都可以成功地使用传统的碱回收方法治理;造纸白水中的成分几乎全部来自于纸浆,故绝大部分白水可以直接送回造纸车间回用,再多余的部分可以与中段水混合处理。所谓的中段废水来源于制浆废水之后,包括洗浆的稀黑液、洗涤筛选废水、漂白废水、洗网、洗毯废水、造纸车间的多余白水等。因此中段废水是个来源复杂,成分复杂的系统,中段废水处理十分关键。木浆中段废水的色度都比较高,废水中的木素类物质是制浆中段废水颜色的主要原因,尤其是含氯漂剂的使用,使得废水中含有大量的氯化木素,导致废水的颜色进一步加深。

因此,对制浆造纸废水脱色技术的研究很有必要。

造纸废水的微电解脱色技术

2、微电解概念和基本原理

铁屑微电解法,又称为铁碳法、铁屑法、内电解、铁还原技术等,是基于金属腐蚀溶解的电化学原理,利用电解质溶液中铁屑晶体结构上的铁一碳之间形成的许多局部微电池采处理工业废水的一种电化学处理技术。

这种技术用于治理工业废水始于20世纪70年代,此法在没有外加电能条件下,充分利用金属一金属,金属一非金属之间的电位差而产生的无数微小电

池的作用,使废水中的污染物通过电化氧化一还原反应、凝聚、气浮和沉降等作用,达到净化的目的。

3作用机理

3.1铁屑微电池反应

所用材料的铸铁屑和活性碳或焦碳,铸铁屑是铁和碳的合金,其内部主要由纯铁和碳化铁(Fe3C)组成,其中Fe3C以极为细小的微粒分散在铁屑内。当将铸铁铁屑浸没在电解质溶液中时,由于Fe3C比纯铁更耐腐蚀,二者之间存在着明显的氧化还原电势差,这样便在纯铁和碳化铁之间形成了无数多个细微原电池,纯铁为阳极,Fe3C为阴极。另一方面铁屑与活性碳形成较大的原电池,铸铁为阳极,碳为阴极,使铁屑在受到微原电池腐蚀的基础上,又受到较大原电池的腐蚀。在这些细微原电池中,阳极在电池反应中表现为失去电子被氧化,而阴极得到电子被还原,但反应比较复杂。在微电池中电极反应为:

造纸废水的微电解脱色技术

当有溶解氧存在,酸性条件下反应表现为:

造纸废水的微电解脱色技术

而在有溶解氧存在,碱性条件下则表现为:

造纸废水的微电解脱色技术

电极反应产物具有高的化学活性,其中新生态的〔H〕和Fe2+能与废水中的许多组分发生氧化还原作用,破坏废水的发色或助色基团,失去发色能力;使大分子物质分解为小分子物质使难生物降解的物质转变成容易生物降解的物质,提高废水的可生化性。在阴极,当电解质溶液(废水)中有去极剂存在时,则有

机物被还原。对于那些易氧化的有机物,如醇、醛和酚等,在阳极上可以发生类似强氧化剂引起的氧化反应,例如酚可以在阳极上直接被氧化分解。

3.2铁离子的絮凝作用

阳极反应产生Fe2+,而Fe2+易被空气中的O2氧化为Fe3+, Fe2+和Fe3+

是良好的絮凝剂,特别是新生的Fe2+具有更高的吸附一絮凝活性,调节废水的pH可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀,反应式为:

造纸废水的微电解脱色技术

生成的Fe(OH)2和Fe(OH)3是活性胶体絮凝剂,其吸附能力比普通方法制得絮凝剂的吸附能力强。这样,废水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子,通过微电池反应产生的不溶物和废水中原来构成色度的不溶性物质均可其吸附凝聚,可进一步降低废水的色度。

3.3 Fe2+络合作用

废水中发色基团很多都有很强的配位体,能与过渡元素中的金属离子(例如Fe2+)发生络合反应,当发色基团的配位原子的孤对电子进入中心粒子的空轨道后,发色基团中共扼体系的电子云分布发生偏移,改变了激态和激发态的能量,络合物的颜色也随之改变,而FeZ'在中性、酸性条件下,以较多的离子态

存在,成为中心离子可与染料分子迅速发生强的络合作用,形成体积较大的络合物分子,很容易吸附在金属离子水解形成的矾花上,而形成体积更大的凝聚体,提高了沉淀性能和沉降速度。

3.4铁屑的还原作用

铁是活泼金属,电极电位较小( EO=-0.44V ),易失去电子。铁的还原能力也可使某些有机物还原成还原态。它可以还原一些易取得电子的难降解有机物,如硝基化合物、亚硝基化合物等,还原生成易降解的化合物,提高废水的可生化性。硝基苯可被活性金属还原成胺基就是其中一例,还原后的胺基有机物色淡,且易被微生物氧化分解,使废水中的色度得以降低,可生化性提高,为进一步的生化处理创造了条件。

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