电絮凝法处理牛仔布印染废水效果明显，脱色率高，提高了废水的可生化性，可用于实际印染废水预处理工程

用铁分别作为电絮凝反应系统的阴极和阳极，研究电絮凝法对牛仔布印染废水的处理效果。考察了电极电压、反应时间和PH等因素对电絮凝法去除实验所用废水中COD和色度效果的影响。结果表明，电极电压和反应时间是主要的影响因素，PH次之。电极电压24V，反应时间35min，PH为7.4是，脱色率可达99%，COD去除在70%左右，处理效果最佳。因此，电絮凝法可以作为印染废水的预处理工艺，有效降低废水COD和色度。

牛仔布是被大众广泛接受的流行服装面料。在牛仔布染浆过程中会产生大量的牛仔布印染废水，其主要含有靛蓝、还含有氢氧化钠、硫酸钠等，由于使用靛蓝和硫化黑等染料，其废水中含有大量的悬浮物和胶体物有机染料、浆料、残碱以及柔软剂和渗透剂等表面活性剂，具有色度高、污染物浓度高、碱性大、可生化性差等特点。随着染料工业的发展，印染废水已成为主要的水体污染源之一。由于染料具有品种多、批量少、更新快等特点，印染废水的研究受到国内外的关注，并提出了许多处理方法。

由于电化学技术具有设备小、占地少、运行管理简单，COD去除效率高和脱色效果好等优点。早在20世纪初，美国学者就已经开始采用电化学技术处理矿业废水，纸浆废水。此外，电化学技术还被广泛地应用于印染废水、油田废水和食品废水中有机污染物的处理中。电化学技术主要包括高压脉冲放电等离子体法、超声法和电絮凝法等。高压脉冲放电等离子体法，其技术要求高，设备昂贵，能耗大，处理效果低且不易操作;超声法，其能量利用率低，大部分的声能都转化成热能，发热严重，效率低，成本高，电絮凝法相对于前2种方法，其设备简单，操作容易，电源技术成熟，电极材料易得，

处理效果好，成本低。本研究以岱银集团的牛仔布印染废水为研究对象，通过自行开发的直流电絮凝试验装置进行相关实验，并分析色度和COD的变化。结果表明，电絮凝法处理牛仔布印染废水效果明显，脱色率高，提高了废水的可生化性，可用于实际印染废水预处理工程。

1、电絮凝原理

电化学絮凝法也称电絮凝法，是利用铝或铁等可溶性电极在电流作用下溶解生成铝或铁的氢氧化物的凝聚性来凝聚水中的胶体物质，从而使水获得净化的一种电化学方法。电絮凝反应原理是以可溶性金属为阳极，在直流电的作用下，可溶性阳极失去电子，氧化生成阳离子，通过水解生成微絮凝体与污水中的污染物进行絮凝作用而沉淀;阴极还原反应产生大量氢气的微气泡，阳极产生氧气微气泡，以这些气泡作为气浮的载体，与絮凝物一起上浮。如铁为阳极，反应式如下：

电絮凝反应器中主要有4个方面的作用去除废水中的污染物：

(1)阳极的氧化作用

水体中的污染物质直接在阳极失去电子而被直接氧化。利用某些阳极反应的产物(如Cl-，ClO-，O2，H2O2)等间接氧化污染物质.

(2)阴极的还原反应

在阴极直接还原可降解的有机物。在电源作用，阴极电解出氢，利用高还原性游离氢，把阳离子(如金属离子等)还原成单质。

(3)产生的氢氧化物的絮凝作用

可溶性阳极在电源的作用下失去电子后形成金属阳离子，形成强氧化物胶体絮凝侪，可将废水中的污染物吸附共沉去除。

(4)氢气和氧气等微小气泡和气浮作用

电源对水进行电解，分别在阴极和阳极电压上产生氢气和氧气的细小气泡，使絮凝物附在气泡上浮升至液面，有利于污染物质的去除。

2、实验设备

以岱银集团的牛仔布印染废水(深蓝色、碱性)为处理对象进行电絮凝实验。装置如图2：

图2  电絮凝实验装置简图

由电解槽、铁阳极、铁阴极和直流电源组成。其中，电解槽容量为1000mL，外壳为玻璃;电极为铁电极，厚度5mm,面积100×30mm2;直流电源为RXN-305型，输出电压为0-30V。

3、实验方法

电絮凝反应在自制的电絮凝实验装置中进行。每次实验加入700mL同体积的牛仔布印染废水，在不同的控制条件下进行电絮凝过程，记录反应过程中主要参数的变化情况，对电絮凝后的牛仔布印染废水水质指标(COD和色度)进行测定，确定出最佳运行参数;通过不同条件，确定影响电絮凝过程中主要影响因素。用水取自岱银集团的牛仔布印染废水，其水质指标为：PH用PHS-25计测定为12.74，COD用重铬酸钾法测定为2937.6mg/L，色度用稀释倍数法测定为1024倍。

3.1、对电极进行预处理

将铁电极用80目砂纸打磨至表面光滑，用去离子水冲洗干净后，再用240目砂纸打磨至表面光亮，冲洗、擦干后，置于40%的氢氧化钠溶液中浸泡30min，冲净后再置入稀盐酸中浸泡5min，取出迅速冲洗。晾干，浸没入无水乙醇中待用。

每次用完后均采用上述方法处理电极，电极可重复使用。

3.2、测定方法

3.2.1、脱色率测定方法

色度常用的测定方法为稀释倍数法。由于稀释倍数法误差较大，在去除率达到99%以上时，电絮凝处理后的废水用稀释倍数法测定无法区分色度差异，脱色率测定误差也随之增大，导致无法区分相邻实验组的脱色率。因此，本实验脱色率测定方法均采用紫外分光光度计分别测定在最大吸收波长处的吸光度值，再根据下述公式计算。

测定牛仔布印染废水在最大吸收波长(665nm)的吸光度值，按下面公式计算脱色率R：

3.2.2、COD测定方法

COD测定方法采用重铬酸钾法测定

4、结果与讨论

4.2、3因素4水平正交实验结果分析

为考察不同条件对电絮凝的影响，选择电极电压、电絮凝反应时间和进水PH3个因素进行3因素4水平的正交实验(见表1)。

表1  电絮凝正交实验因素表

为保证条件一致性，减小因沉淀时间原因所产生的误差，以测定实验出水静置4h后的COD和色度作为评价指标，并分别计算COD去除率和脱色率。不同条件下对各项指标的影响结果如表2所示：

表2  电絮凝正交实验分析

由表2可得，电絮凝对色度的去除效果比对COD的去除效果明显，因此在该正交实验中脱色率是比COD去除率明显的指标。由2个指标的3个因素的主次关系中可看出，电极电压和反应时间是主要的影响因素，PH次之，总的影响因素主次为电极电压>反应时间>PH。该电絮凝的最佳组合为：电极电压2.5V，反应时间40min,PH为7。

4.2、电极电压、反应时间、PH单因素实验结果分析

实验进一步对3个因素分别进行单因素实验，分析各因素对电絮凝过程的影响，并得出最佳电絮凝最佳运行条件。

4.2.1、PH单因素实验

由正交实验可看出，电絮凝的最佳PH为7，此时COD去除率和脱色率均较好。因此，本实验在电极电压为25V，反应时间为40min，通过改变电絮凝过程中PH，研究不同的PH对COD去除率和脱色率的影响。实验结果如图3所示：

图3  PH单因素电絮凝实验

图3表明，在PH为6.6-8.2的范围内，COD去除率和脱色率的趋势比较一致。在此PH范围内，脱色率比较稳定，且脱色效果明显，均达到97%以上，PH对COD的去除效果有明显作用，随着PH的升高，脱色率和COD去除率均先缓慢上升，当PH为7.4时，脱色率和COD去除率均达到最大值，分别为98.69%和68.65，随后色度和COD均有所下降。

分析其原因，在偏碱性条件下，电解出的铁离子更容易形成胶体及其他络合物，增强了絮凝作用，对COD和色度的去除效果更为明显。在PH过高和过低时，COD和色度的去除效果均有所降低，说明PH对电絮凝的絮凝作用均有一定影响。因此，选择PH=7.4为最佳PH。

4.2.2、反应时间单因素实验

由正交实验可看出，电絮凝的最佳反应时间为40min，此时COD去除率和脱色率均较好。因此，本实验在电极电压为25V，PH为7.4，通过改变电絮凝过程中反应时间，研究不同的反应时间对COD去除率和脱色率的影响，实验结果如图4所示：

图4  反应时间单因素电絮凝实验

图4表明，在反应时间为25-45min范围内，COD去除率和脱色率的趋势比较一致，随着反应时间的增加，脱色率和COD去除率均先缓慢上升。当反应时间为35min时，脱色率和COD去除率均达到最大值，分别为99.32%和66.05%。当反应时间继续增加时，COD去除率变化不大，脱色率有所降低。

分析其原因，随着反应时间的增加，电絮凝所产生的絮凝胶体及络合物随之增加，当达到35min时，以产生足够的胶体及络合物进行絮凝作用，继续电解对COD去除率的影响不大，而脱色率有所降低，是由于本实验电解出过多的铁离子，影响了出水的颜色。因此，选择反应时间35min为最佳反应时间。

4.2.3电极电压单因素实验

由正交实验可看出，电絮凝的最佳电极电压为25V，此时COD去除率和脱色率均较好。因此，本实验在电极电压为25V，PH为7.4，通过改变电絮凝过程中电极电压，研究不同的反应时间对COD去除率和脱色率的影响。实验结果如图5所示：

图5  电极电压单因素电絮凝实验

由图5可得!随着电极电压的增加，脱色率和COD去除率均先缓慢上升，当电极电压为24V时COD去除率达到最大值66.47%，当电极电压为25V时脱色率达到最大值为99.65%。

分析其原因，随着电压的增加，单位时间内电解的阳极离子越多，在反应时间为35min，PH为7.4条件下电极电压为24V时，已可以满足絮凝作用的需要，再增加电压，对COD的去除率和脱色率影响不大。

考虑到电压越高，所需费用越高，且电极电压的变化对COD去除率的影响波动较大，因此，以COD去除率为主要参数确定出最佳电极电压为24V。

4.3、最佳条件实验结果分析

由上述实验结果得出最佳反应条件，反应时间为35min，PH为7.4，电极电压为24V。在该最佳条件下对岱银集团牛仔布废水进行电絮凝实验，结果见表3：

表3  最佳条件电絮凝实验结果

由上表可看出，经电絮凝处理后，牛仔布废水的色度处理效果明显，可以达到《山东省纺织染整工业水污染物排放标准(DB37/533-2005)》A级标准;COD的去除率达66%，COD由原水2937.6mg/L降到985mg/L，缓解了后续处理冲击负荷;由B/C原水的0.256上升到0.629，提高了牛仔布印染废水的可生化性。电絮凝实验作为预处理工艺，处理效果明显。

5、结论

根据上述实验结果，对于各因素对电絮凝电解处理牛仔布印染废水的影响结果分析，可得出以下结论：

(1)电絮凝的正交实验结果说明，电絮凝对色度的去除效果比对COD的去除效果明显。电极电压和反应时间是主要的影响因素，PH次之，总的影响因素主次为电极电压>反应时间>ph.该电絮凝的最佳组合为：电极电压25V，反应时间40min，PH为7。

(2)由正交实验中的最佳组合得出单因素条件范围，经3个单因素实验得出电絮凝的最佳运行条件为：电极电压24V，反应时间=35min，PH为7.4。

(3)在最佳电絮凝运行条件下，经电絮凝处理后，牛仔布废水的色度处理效果明显，脱色率达到99%以上，可以达到《山东省纺织染整工业水污染物排放标准(DB37/533-2005)》A级标准;COD的去除率达66%，缓解了后续处理冲击负荷;B/C由原水的0.256上升到0.629，提高了牛仔布印染废水的可生化性。

综上所述，电絮凝处理牛仔布印染废水的效果较好，通过电化学方法可有效地去除色度和COD，降低了后续处理的负荷，并提高了牛仔布废水的可生化性，为后续生化处理提供了良好的条件。