电絮凝技术对造纸废水污染物的去除研究

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

北极星水处理网讯:造纸是与国民经济密切相关的产业，也是世界范围内水污染治理的重点行业。目前对于造纸废水环境危害的治理仅局限在消除COD、BOD、悬浮物和色度等常规废水处理指标。但研究发现，造纸废水中含有微量有毒污染物，特别是多环芳烃（PAHs）和无氯苯酚（PCP）等持久性有毒有害有机污染物。这些污染物给生态环境和人类带来危害。其对水体内各个营养能级的生物不仅具有明显的急性和亚急性毒性，而且对人体具有遗传毒性和潜在的致癌性。

目前国内外常用砂滤、活性炭过滤、多介质过滤等前处理工艺实现对造纸废水的深度处理，但是这些工艺难以经济有效地去除废水中的有机污染物。

目前，电絮凝工艺已经被应用到不同工业废水的深度处理中，并且表现出良好的污染物去除能力，然而对其深度处理造纸废水的效果和机制的研究还十分缺乏。笔者重点考察了电絮凝技术对造纸废水中难降解有机污染物和部分无机污染物的去除效果及机理，以期为造纸废水电絮凝处理工艺的设计和优化提供参考。

1 实验材料和方法

1.1 实验用水

实验采用的造纸废水取自我国北方某再生纸厂的二沉池出水。该废水pH=7.75、COD 210.2 mg/L、总有机碳52.8 mg/L、总硬度790 mg/L、无机碳211.2 mg/L、铬11.1 μg/L、砷14.1 μg/L、锰192.5 μg/L。

1.2 电絮凝装置和反应

电絮凝反应器为自行设计的有机玻璃容器，有效容积为1.5 L。阴阳电极采用铁极板或铝极板，电极间采用单极式连接方式，电极的有效面积为70 cm2。

在电絮凝处理中，每批次处理量为1 L，电极间距为10 mm，电流密度、有效电极面积容积比、pH等按实验所需进行调节。电流由恒流恒压电源（大华，MC-100/5）控制，输出电压范围为0~50 V，输出电流范围为0~5 A。所有电絮凝实验均重复3次，以确定实验结果的重现性。

1.3 分析测试仪器

造纸废水中的荧光图谱采用Hitachi F-4600荧光色谱仪进行分析。TOC用Elementar Liqui TOC Ⅱ总有机碳分析仪检测，pH用WTW pH/Oxi340i多参数测定仪测定，COD由连华多功能检测仪进行测定。

水样中的铬等溶解态金属元素的含量采用电感耦合等离子体质谱仪（Agilent 7700，美国）进行分析。水中硬度采用EDTA络合滴定法测试，测定前水样用0.45 μm孔径的膜过滤，以去除水样中的颗粒杂质。

2 实验结果与讨论

2.1 电絮凝条件对造纸废水TOC去除率的影响

（1）电极材料

在电极间距为10 mm，电流密度为40 mA/c㎡，有效电极面积容积比为0.16 cm-1，反应时间80 min的条件下，考察了电极材料对造纸废水TOC去除率的影响，结果见图 1。

电絮凝的电极材料对造纸废水中TOC的去除率有明显影响。总体上，随着电絮凝时间的延长，TOC的去除率先快速上升，然后缓慢增加。

铁作为阳极对TOC的去除率略高于铝作为阳极的TOC去除率。两种电极前10 min时TOC去除率均上升较快，分别达到33.1%（铁电极）和25.5%（铝电极），且两者差距达到最大，之后TOC去除率逐渐趋于平稳，两种电极造成的TOC去除率差距也明显减小。经过80 min的电絮凝处理，电极为铝金属时TOC去除率45.1%，铁则达到46.9%。

从电絮凝原理来说，铁电极的电化学氧化反应会在废水中产生多核多羟基铁或亚铁络离子，这些离子能与有机污染物进行反应形成沉淀，从而降低水中有机污染物浓度。从反应机理来说，阳极为铝时，电极的氧化过程较为复杂，Al3+首先会在阳极反应生成，进而发生水解生成Al(OH)2+、Al(OH)2+、Al(OH)3，以及多种多核水解产物。

此外，在电絮凝过程中水溶液的pH亦会对铝的水解产物产生影响，进而影响絮体沉淀及污染物的去除。综上所述，铁电极与铝电极反应的产物、溶液pH、氧化作用等都会影响造纸废水污染物的降解及去除，所以电絮凝80 min的过程中，铁与铝电极呈现不同的去除效果。

（2）有效电极面积容积比

在电絮凝反应过程中，有效电极面积容积比不仅会影响污染物的去除效果，也会影响电极的消耗速率。

由图 1可知，铁电极及铝电极在反应40 min时去除率趋于平稳，而后过多的反应时间并没有提升去除效果。因此实验选取40 min的处理结果进行分析。实验条件：电极间距设置为10 mm，电流密度为40 mA/cm2，pH为原水值，每批次处理量为1 L。实验选取0.08~0.16 cm-1的有效电极面积容积比进行对比分析。反应40 min后的结果如图 2所示。