高鹽有機廢水離子膜電解脫鹽處理機制研究.pdf

1、高鹽有機廢水作為現(xiàn)代工業(yè)化的產(chǎn)物，不僅量大而且成分復(fù)雜，處理不當(dāng)很容易造成水資源浪費和環(huán)境污染。目前，高鹽有機廢水的傳統(tǒng)物理化學(xué)處理方法存在著諸如處理成本高，需投加額外藥劑，容易造成二次污染等缺點，并且廢水中的高鹽環(huán)境會抑制微生物的活性，從而限制微生物方法的應(yīng)用和發(fā)展。但高鹽廢水具有較好的導(dǎo)電性，可以為電化學(xué)的應(yīng)用提供契機。膜電解技術(shù)作為電化學(xué)工藝中的重要組成部分，結(jié)合了傳統(tǒng)電滲析分離提純的作用和電解技術(shù)的特性，并具有能耗低、環(huán)境危害小

2、等特點，該技術(shù)對高鹽有機廢水的處理而言，無疑是一種有著巨大應(yīng)用潛力和研究價值的處理方法。
　　本課題采用膜電解的方式對高鹽度染料模擬廢水進行了脫鹽以及有機物降解處理，旨在研究高鹽有機廢水體系中鹽離子的去除機制以及有機物降解過程對脫鹽效果的影響和相互作用關(guān)系。研究采用自制的可拆卸多級膜電解槽裝置，以 Ti/RO2-IrO2-SnO2為陰、陽極板材料，以 Na+、Cl-為目標去除離子，分別在與甲基橙、酸性大紅3R、直接深棕、活性艷蘭

3、X-BR等染料物質(zhì)的混合體系下進行了直流電場作用下的膜電解脫鹽實驗。探討了單膜電解過程中電流密度、極板間距、電解液濃度和進樣流速等控制條件對離子膜電解脫鹽效果的影響，以及雙膜電解過程中的脫鹽效果和有機物降解情況，并對實驗中使用的均相陰、陽離子交換膜的污染清洗問題進行了淺析。通過對不同時間點所取水樣的 pH、電導(dǎo)率、鹽離子(Na+、Cl-）濃度、溶液中 TOC濃度和色度的定量分析，以及對離子膜表面形貌的掃描電鏡觀察和有機物電解產(chǎn)物的紅外光

4、譜分析，得出以下結(jié)論：
　　膜電解脫鹽過程中電流密度對脫鹽效果的影響最為顯著，是引起膜表面發(fā)生極化現(xiàn)象的關(guān)鍵因素。在本實驗的參數(shù)設(shè)置條件下，電流密度55.6mA/cm2、極板間距2cm、電解液濃度2g/L、進樣流速50mL/min為最優(yōu)條件。此條件下，單膜電解過程中 Cl-和 Na+去除率分別為70％和90%左右；而在雙膜電解處理模擬染料廢水過程中兩種鹽離子的去除率均可達到90%左右，并且在一定程度上實現(xiàn)了幾種染料物質(zhì)的降解處理，

5、其中甲基橙的降解效果最好，其 TOC去除率可達到75%左右。同時，因為均相陰、陽離子膜的特殊結(jié)構(gòu)，有效阻擋了有機物分子的遷移，從而實現(xiàn)了有機物與鹽離子的分離。
　　膜電解過程中，N a+和 C l-在電場作用下發(fā)生定向遷移，同時，均相陽、陰離子交換膜表面和孔道內(nèi)的靜電作用會對相應(yīng)的離子進行吸附，并發(fā)生遷移，從而實現(xiàn) Na+和 Cl-的去除。實驗表明，該過程中，極板表面會發(fā)生一系列的電化學(xué)反應(yīng)，陽極發(fā)生的析氯和析氧反應(yīng)會使該側(cè)溶液的

6、 pH維持在強酸性狀態(tài)（pH2-3），陰極發(fā)生的析氫反應(yīng)則使該側(cè)溶液的 pH維持在13左右。當(dāng)鹽溶液中存在有機物時，電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的活性氯物質(zhì)(Cl2、HClO、Cl-）和氫氧自由基（·OH）會對溶液中的有機物進行氧化降解。通過模擬染料廢水的膜電解實驗結(jié)果表明，該條件下的電解過程可有效去除染料廢水的色度，并結(jié)合電解產(chǎn)物的紅外光譜分析證明，幾種染料物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)均遭到破壞，特別是-N=N-、=C=C=、=C=O等基團，并且分子結(jié)構(gòu)越簡單電

7、解效果越好，色度取去除率也越高。
　　最后，均相陰、陽離子交換膜的掃描電鏡圖像表明，均相陽離子交換膜使用后表面會吸附大量的物質(zhì)，均相陰離子交換膜表面出現(xiàn)許多裂痕。通過酸堿清洗和超聲清洗后，陽膜表面會變得平整光滑，而陰膜表面的裂痕并沒有發(fā)生太大變化。經(jīng)對清洗前后離子膜的脫鹽效果的對比，結(jié)果表明清洗可使離子膜的離子去除率恢復(fù)到使用過一次時的狀態(tài)，證明實驗中所用的組合膜清洗方法可有效去除膜表面的有機物和無機鹽沉淀造成的污染，進而在一定程