常溫下，固定停留時(shí)間為60min，利用氫氧化鈉溶液和鹽酸調(diào)節(jié)廢水的初始pH值，并在相同條件下以單獨(dú)鐵炭微電解作對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。
由圖2可以看出，采用超聲協(xié)同鐵炭微電解，對(duì)印染廢水的COD去除效果較單獨(dú)的鐵炭微電解有明顯提高。
當(dāng)pH=l時(shí)，COD去除效果不理想，且在實(shí)驗(yàn)初期有大量的小氣泡生成，可能原因是:酸性越強(qiáng)，鐵的消耗量越大，酸性過強(qiáng)時(shí)，大量產(chǎn)生的氫離子結(jié)合為氫氣逸出。pH過高時(shí)，氫離子供應(yīng)不足也會(huì)影響COD去除率。但由于超聲的空化效應(yīng)，形成的局部高溫、高壓下有利于鐵屑表面的傳質(zhì)作用，從而使得即使pH值很高，COD去除率也未有明顯下降。pH值為3時(shí)，COD的去除率最高，因?yàn)檫m當(dāng)高的H+濃度可促使鐵屑表面的即時(shí)更新，增加更多的活性位[5]，因此鐵炭微電解反應(yīng)在酸性條件下，可促使電解反應(yīng)的進(jìn)行。另外，溶液中的氧和H+在超聲波的激發(fā)下，會(huì)產(chǎn)生更多的·oH[6一7]。2.2.2反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD去除率影響的機(jī)理分析該組實(shí)驗(yàn)pH值采用上述實(shí)驗(yàn)得到的反應(yīng)最佳值為3，而鐵/水體積比為1/4，炭/水體積比為1/2保持不變，反應(yīng)時(shí)間分別取30min、60min、90min、120min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。
由圖3可以看出，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過30min，使用超聲協(xié)同鐵炭微電解對(duì)廢水的COD的去除效果有顯著提升。
單獨(dú)使用鐵炭微電解時(shí)，隨著時(shí)間的進(jìn)行，COD去除率提升不明顯，在90min時(shí)處理效果趨于平緩;而超聲條件下，COD的去除率有明顯的提升過程。單獨(dú)鐵炭微電解在反應(yīng)90min后，COD去除率趨于平緩，原因是隨著反應(yīng)進(jìn)行，有機(jī)物的降解使鐵屑和活性炭表面附著有惰性層，加上鐵屑的進(jìn)一步腐蝕、電子受體的消耗而使反應(yīng)放緩，COD去除率并沒有明顯變化。
加入超聲作用后，COD的整體去除率有非常顯著的提高。在反應(yīng)開始的30min內(nèi)廢水COD的去除速度最快。原因在于:反應(yīng)開始時(shí)，廢水中有機(jī)物的濃度高，電解反應(yīng)和活性炭的吸附作用同時(shí)進(jìn)行;而在反應(yīng)進(jìn)行到60min時(shí)，隨著鐵屑表面惰性層的形成及活性炭的吸附飽和，反應(yīng)速度開始趨于緩和，但仍高于未施加超聲條件下的反應(yīng)效率。
2.3超聲聯(lián)合鐵炭微電解作用機(jī)理分析
本實(shí)驗(yàn)所用的處理印染廢水的方法主要是基于以下機(jī)理:在鐵炭微電解系統(tǒng)中，主要有電化學(xué)作用、氧化還原作用和絮凝作用。鐵炭微電解法在作用過程中電極上發(fā)生了如式(l)~式(3)的反應(yīng)。
反應(yīng)過程中生成的Fe2+具有較高的化學(xué)還原活性，可使某些組分還原。在酸性溶液中，電極反應(yīng)產(chǎn)生的新生態(tài)[H]與廢水中的有機(jī)污染物發(fā)生反應(yīng)，使其結(jié)構(gòu)被破壞(如破壞染料的發(fā)色和助色集團(tuán)，使其失去發(fā)色能力;大分子物質(zhì)分解為小分子的中間體，使某些難生化降解的化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成容易生化處理的物質(zhì))，同時(shí)反應(yīng)產(chǎn)生的鐵系化合物Fe(oH):和Fe(oH)3為良好的絮凝劑，可對(duì)廢水中的懸浮物以及部分溶解性有機(jī)物通過絮凝沉降而與水分離，多種效應(yīng)綜合作用的結(jié)果致使廢水中大部分有機(jī)物被去除。另外，在微原電池周圍電場(chǎng)的作用下，廢水中以膠體狀態(tài)存在的污染物可在很短的時(shí)間內(nèi)完成電泳沉積過程，富集在鐵炭物料的表面[8]。除此之外，活性炭的吸附也是重要的作用。
實(shí)驗(yàn)過程中超聲波的引入能產(chǎn)生空化效應(yīng)，空化效應(yīng)加速了反應(yīng)過程中的傳質(zhì)作用，也有助于清洗鐵炭物料表面，保證反應(yīng)過程中電子受體的供給。同時(shí)超聲波的振蕩波能夠推動(dòng)水流在容器內(nèi)各個(gè)角落分布，從而使鐵炭顆?？梢跃鶆虻胤植荚谔幚硪褐校粫?huì)產(chǎn)生死角，這樣有助于反應(yīng)充分進(jìn)行，因而理論分析認(rèn)為加入超聲波后可以省略攪拌的工序[9]。
3·結(jié)論
(l)鐵炭微電解處理該印染廢水的最佳實(shí)驗(yàn)條件為:鐵/水體積比為1/4，炭/水體積比為1/2，反應(yīng)時(shí)間為120min，pH值為7。在此條件下，對(duì)初始CoD值為756.25m叭的印染廢水的c0D去除率可達(dá)92.1%。
(2)超聲條件下，鐵炭微電解處理該印染廢水的最佳反應(yīng)條件為:pH值為3，反應(yīng)時(shí)間為60min。在此條件下，對(duì)原水COD去除率達(dá)到%.4%，出水COD值遠(yuǎn)低于國(guó)家工業(yè)用水排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(100mg/L)。
(3)對(duì)比超聲作用下的微電解和單獨(dú)微電解實(shí)驗(yàn)可以看出，超聲對(duì)微電解反應(yīng)具有協(xié)同作用，能顯著提高對(duì)廢水COD的降解效果。這主要是由于超聲特有的空化效應(yīng)[10]，能夠有助于清洗鐵屑和炭粒表面，保持微電解反應(yīng)中電子受體的供應(yīng):在空化作用產(chǎn)生的高溫(約5000K)、高壓(約5x10，Pa)下，水分子裂解產(chǎn)生H·和氧化能力很強(qiáng)的·OH，有利于對(duì)有機(jī)物的氧化去除。此外，聲波的顆粒表面沖刷機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)對(duì)有機(jī)物的去除貢獻(xiàn)也不容忽視。
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