电解法印染废水脱色及COD测定

电解法印染废水脱色及COD的测定一、实验目的1.了解电解复极性粒子群电极进行可溶性染料废水脱色的基本原理2.掌握电解法印染废水脱色技术和测定技术3.了解废水化学耗氧量COD测定方法，掌握废水COD测定技术二、实验原理粒子群电极电解法脱色法是活性炭吸附-电解氧化两者的结合。反应器中的活性炭由于多孔性而具有巨大的表面积对可溶性染料分子有较强吸附作用，这样与单纯活性炭吸附作用有相似之处。但它又是良好导电体，当活性炭粒子与主电极直接相接或间接连接时，它就成为主电极外延部分（如图1）成为单极粒子群电极，从而有效地扩大了电极面积。当活性炭粒间被某些绝缘体隔离，则它就会被静电感应而使炭粒两侧呈现正负两极，它成为复合极性粒子群电极而工作。这样每一个极性粒子本身就是一个微型电解池，它有效地缩短了两极之间的距离，减少了反应物迁移路程，增加了两极电位梯度，又增大带电离子迁移速度，从而有利于在浓度低、电导较小的溶液中也能发生较高的电解作用。极性粒子群电极的工作具有高压、低电流的特点。同时活性炭结构形貌不完全相同，表面凹凸不平，在某些棱角尖端部位的电荷密度大，可以产生局部的高电位高电流，形成很多活性点，具有明显活性催化电解作用。当含有染料废水通过时，染料分子发色基团和助色基团组成共轭体系，由于在电极上发生氧化或还原而被破坏，从而达到脱色作用。同时，也是活性炭吸附物质解吸作用。图1 活性炭在电场中的状态综上分析，本法工作机理在于粒子群电极极性与活性炭的吸附富集、电解作用，催化分解作用等各种作用的协同作用。它具有脱色效率高、能耗低、使用寿命长等优点。对印染废水脱色效率可达99%以上，使出水透明无色，同时除去废水中COD值达80%以上。化学耗氧量COD是用特定的氧化剂、温度及时间的条件下，氧化污水中有机物所需的氧量，常采用氧化剂有KMnO4和K2Cr2O7。本法是在硫酸介质中，以K2Cr2O7氧化水中有机物。C6H12O6+K2Cr2O7CO2+K2SO4+CrSO43+H2O过量的K2Cr2O7用FeSO4来反滴定，从而计算水中的COD值。大多数有机物在硫酸溶液中，能被K2Cr2O7氧化分解。芳烃和吡啶，NH3等不能被氧化。脂肪化合物在硫酸银催化下，可以被氧化。本法适用于测定50mg/L以上COD值。三、仪器和药品1.仪器分光光度计、直流电源、电炉1000W、调压器(1kVA)、500ml三角烧瓶、冷凝管、滴定管、移液管(50ml)脱色反应器：由厚度为2mm的有机玻璃制成，其结构如图2所示。图2 脱色反应器2.药品亚甲兰人工印染有色废水：称取亚甲兰0.3g溶于1000ml水中，此液含亚甲兰浓度为2.010-4g/ml0.04167mol/L K2Cr2O7标准溶液：称取12.259g K2Cr2O7(105干燥2小时，优级纯)溶于水中，并以水稀释至1升。0.2500mol/L硫酸亚铁铵标准溶液：称取98.0g Fe(NH4)2(SO4)26H2O溶于蒸馏水中，加40ml浓H2SO4，加热溶解至透明，冷却，以水稀释至1升。硫酸亚铁铵溶液标定：取20ml 0.04167mol/L K2Cr2O7标准溶液，水稀释至100ml，加浓H2SO430ml，冷却后，加2-3滴试亚铁灵指示剂，用待标定硫酸亚铁铵溶液滴定出淡红色。硫酸亚铁铵浓度=重铬酸钾体积(ml)0.041676硫酸亚铁铵溶液体积(ml)1.5%试亚铁灵：称取1.5g邻啡咯啉与0.7g FeSO47H2O溶于100ml水中。硫酸银-硫酸溶液：5.2g硫酸银溶于1000g的浓硫酸中。四、实验步骤及结果1.实验条件选定：活性炭填充物准备：将粒径为2-3mm活性碳，用筛筛取粉末，称取6065g，用水浸泡24小时，另外用塑料焊条剪成2mm 长小粒与活性炭颗粒混均匀（实验老师已准备好）活性炭填充物的填装：事先在脱色反应器内加入适量蒸馏水，将填充物缓慢均匀地填入反应器内，不要带入气泡，可用玻璃棒缓慢搅拌，并且在适当位置在上下分别埋入两个石墨电极。装好后，将蒸馏水放出，调节染料废水流出速度与电解水流出速度基本一致，防止电解废水过快从脱色反应器上口溢出，或者过慢使得填充物中引入气泡。染料废水的电解：将含亚甲兰染料的废水流入脱色器中，控制流速为 10 ml/min。两极通入直流，电压调至5-15V选取5、8、12、15V分别进行电解。在电解时每隔10分钟取一次流出处理废液，在分光光度计上于=680nm处进行测定光密度（E），测定结果列于表1。原处理液的吸光度E0是0.156.表1 吸光度的测定次数电压吸光度A样1（10min）样2（20min）样3（30min）样4（40min）15V0.0030.0030.0020.00228V0.0010.0010.0020.000312V0.0000.0000.0000.000415V0.0000.0000.0000.0002.COD值测定实验步骤取水样(分别用实验中的染料废水原液和处理半小时后的废水)50ml（视污水COD值大小而定）于500ml三角烧瓶中，加入25ml 0.04167mol/L K2Cr2O7标准溶液，并投入3-4粒玻璃球，小心加入H2SO4-AgSO4试剂40ml立即装上冷凝管，用电炉加热沸腾，保持回流状态2小时，冷却后，用蒸馏水冲洗一次冷凝管，取下三角烧瓶，流水冷却至室温，水稀释到150ml，加入3-4滴试亚铁灵指示剂，0.2500mol/L硫酸亚铁铵标准液滴定到由兰绿色变为红色为止。同样方法做空白实验，记录实验数据于表2。表2 COD值测定的相关数据空白实验所消耗的Fe(NH4)2(SO4)2体积a (ml)样品所消耗的Fe(NH4)2(SO4)2体积b (ml)处理半小时后的废水所消耗的Fe(NH4)2(SO4)2体积b (ml)26.5021.1024.90五、结果分析与讨论1.脱色率的计算脱色率（E0-E样）E0，其中E0为原处理液的吸光度，E样为样品的吸光度。脱色率计算结果列于表3。表3 脱色率的计算次数电压脱色率/%样1（10min）样2（20min）样3（30min）样4（40min）15V98.198.198.798.728V99.499.498.7100.0312V100.0100.0100.0100.0415V100.0100.0100.0100.0由上述计算可知：总体而言，在电压一致时，随着电解时间变长，脱色率逐渐增大；电解时间一定时，随着电压的增加，脱色率也会逐渐增大。在电压增大到一定程度后，脱色率达到了100%，已基本达到了完全脱除的目的。但是，正常情况下，粒子群电极电解法脱色对印染废水脱色效率可达99%以上，但本实验所有数据均未达到次标准，所以说本实验依然有很多不尽如人意之处。在电解的初期，此时体系不稳定，所以得到的结果也并不十分良好。2.吸光度与时间的关系根据时间与吸光度值用origin程序作图，如图3.另外根据电压与吸光度用origin程序做图得变化曲线，如图4所示。图3 时间与吸光度关系由图可知，随着时间的推移，吸光度逐渐缓慢减小，证明有机染料的含量逐渐减少，而且不同电压下均是此种情况。而在电压不同时，电压越大，其降低的效果越明显。图4 电压与吸光度关系由图可知，在同一时刻，电压不同时，吸光度降低的效果也不同，电压越大，吸光度越小，证明有机染料的含量越少。根据粒子群电极电解法脱色原理主要是粒子群电极极性与活性炭的吸附富集、电解作用和催化分解作用等的协同作用，时间越长，吸附富集效果越好、电解与催化分解越彻底，所以脱色效果越好。后来趋于某一固定值，主要是因为体系将达到平衡状态。3.COD值的测定污水中CODmgL=(a-b)N8000V式中：a空白实验所消耗硫酸亚铁铵ml数。b样品所耗硫酸亚铁铵ml数。N硫酸亚铁铵的浓度V样品体积（ml）而之前测定所得如表2，则原样品中CODmgL=(26.50-21.10)0.2500800050=216mgL处理半小时后的废水中CODmgL=(26.50-24.90)0.2500800050=64mgL污水中COD值的脱除率=216-64216100%=73.4%环境保护部和国家质量监督检验检疫总局于2012年10月19日发布新的 纺织染整工业水污染物排放标准 GB 4287-2012，并于2013年1月1日开始实施，代替原有的GB 4287-1992。新国家标准规定自2013年1月1日至2014年12月31日的现有企业化学需氧量(CODCr)的直接排放与间接排放的限值分别为100和200mgL，自2015年1月1日现有企业和2013年1月1日起的新建企业化学需氧量(CODCr)的直接排放与间接排放的限值分别为80和200mgL。对于国土开发密度已经很高、环境承载能力开始减弱，或环境容量较小、生态环境脆弱，容易发生严重环境污染问题而需要采取特别保护措施的地区，其化学需氧量(CODCr)的直接排放与间接排放的特别限值分别为60和80mgL。本次实验经过处理半小时后的废水其CODCr值为64mgL，脱除率为73.4%，效果良好，脱除后已基本符合直接排放的限制，对于特别要求的地区，可以预见，采取更长时间的处理，也能达到其排放要求。六、小结与思考本次实验时，活性炭填装的量较多，在较慢的流速下，基本很容易实现有机染料的脱除，所以在实验前期，脱除率已经到达了很高水平，到了实验后期，脱除率基本维持在100%，说明在平衡状态下，实现了完全脱除。1、 本法脱色过程有哪些作用？答：活性炭由于多孔性，有较强的吸附作用，同时又因电压和活性炭结构形貌等原因有电解作用和催化分解作用。2、 为什么向三角瓶中加入玻璃珠？答：因为加热时温度较高，且回流时间较长，玻璃珠起防止暴沸的作用。3、 加入H2SO4-AgSO4试剂时应注意什么？答：加入H2SO4-AgSO4试剂时，不可太快，加入的时间应同时搅拌，以加快热量的散发，防止试剂溅出。4、 本法测定COD值代表什么，与BOD值有何不同？答：COD值是化学需氧量，指在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量；BOD是生化需氧量，指在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量。