造紙業(yè)是與國民經(jīng)濟(jì)息息相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，也是世界范圍內(nèi)水污染控制的重要產(chǎn)業(yè).目前，造紙廢水對(duì)環(huán)境的危害僅限于消除常規(guī)廢水處理指標(biāo)，如COD，BOD，懸浮固體和色度.但是，研究發(fā)現(xiàn)造紙廢水中含有微量的有毒污染物，尤其是持久性有毒有害有機(jī)污染物，例如多環(huán)芳烴（PAHs）和無氯*酚（PCP）.這些污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類造成危害.它不僅對(duì)水中各種營養(yǎng)能量水平的生物具有明顯的急性和亞急性毒性，而且對(duì)人體具有遺傳毒性和潛在的致癌性.
　　
　　目前，為實(shí)現(xiàn)造紙廢水的深度處理，國內(nèi)外普遍采用砂濾，*過濾和多媒體過濾等預(yù)處理工藝，但這些工藝難以經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn).去除廢水中的有機(jī)污染物.
　　
　　目前，電絮凝工藝已應(yīng)用于不同工業(yè)廢水的深度處理，并顯示出良好的污染物去除能力，但對(duì)其造紙廢水深度處理的效果和機(jī)理進(jìn)行了研究.仍然非常缺乏..著重研究了電絮凝技術(shù)對(duì)造紙廢水中難降解有機(jī)污染物和某些無機(jī)污染物的去除效果及機(jī)理，為造紙廢水的電設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供參考.-絮凝處理過程.
　　
　　1實(shí)驗(yàn)材料和方法
　　
　　1.1實(shí)驗(yàn)水
　　
　　實(shí)驗(yàn)中使用的造紙廢水取自再生紙二次沉淀池的出水在我國北部的工廠.廢水pH = 7.75，COD 210.2 mg / L，總有機(jī)碳52.8 mg / L，總硬度790 mg / L，無機(jī)碳211.2 mg / L，鉻11.1μg/ L，砷14.1μg/ L，錳192.5μg/
　　
　　1.2電絮凝裝置和反應(yīng)
　　
　　電絮凝反應(yīng)器是一種自行設(shè)計(jì)的有機(jī)玻璃容器，有效容積為1.5L.陽極和陰極由下列材料制成：鐵或鋁板，并且電極以單極方式連接.電極的有效面積為70平方厘米.
　　
　　在電絮凝過程中，每批處理量為1 L，電極間距為10 mm，并調(diào)節(jié)電流密度，有效電極面積體積比，pH等根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求.電流由恒定電流和恒定電壓電源（Dahua，MC-100 / 5）控制，輸出電壓范圍為0-50 V，輸出電流范圍為0-5A.重復(fù)了所有電絮凝實(shí)驗(yàn)3時(shí)間來確定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性.
　　
　　1.3分析測試設(shè)備
　　
　　采用日立F-4600熒光色譜儀分析造紙廢水中的熒光光譜.用Elementar Liqui TOC II總有機(jī)碳分析儀測量TOC，用WTW pH / Oxi340i多參數(shù)分析儀測量pH，用聯(lián)華多功能檢測儀測量COD.
　　
　　通過電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國安捷倫7700）分析了水樣中溶解的金屬元素（如鉻）的含量.水中的硬度通過EDTA絡(luò)合滴定法測試.在測量之前，用0.45μm的孔膜過濾水樣品，以除去水樣品中的顆粒雜質(zhì).
　　
　　2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
　　
　　2.1電凝條件對(duì)造紙廢水總有機(jī)碳去除率的影響
　　
　　（1）電極材料
　　
　　< p>在電極間距為10 mm，電流密度為40 mA / cO，有效電極面積/體積比為0.16 cm-1，反應(yīng)時(shí)間為80分鐘的條件下，電極材料的效果對(duì)造紙廢水的總有機(jī)碳去除率進(jìn)行了研究.1.
　　
　　電絮凝電極材料對(duì)造紙廢水中TOC的去除率有顯著影響.通常，隨著電絮凝時(shí)間的延長，TOC的去除首先迅速增加，然后緩慢增加.
　　
　　以鐵為陽極的TOC的去除率略高于以鋁為陽極的TOC的去除率.在開始的10分鐘內(nèi)，兩個(gè)電極的TOC去除率迅速提高，達(dá)到33.1％（鐵電極）和25.5％（鋁電極），兩者之間的差距*大.之后，TOC去除率逐漸穩(wěn)定.*終的TOC去除率差距也大大減少.電絮凝處理80分鐘后，電極為鋁時(shí)，TOC去除率為45.1％，鐵為46.9％.
　　
　　根據(jù)電絮凝原理，鐵電極的電化學(xué)氧化反應(yīng)將在廢水中產(chǎn)生多核多羥基鐵或亞鐵絡(luò)合物離子.這些離子可與有機(jī)污染物反應(yīng)形成沉淀，從而降低水中有機(jī)污染物的濃度.從反應(yīng)機(jī)理來看，當(dāng)陽極為鋁時(shí)，電極的氧化過程更加復(fù)雜，Al3 +首先在陽極發(fā)生反應(yīng)并形成，然后水解形成Al（OH）2 +，Al（OH）2+， Al（OH）3和各種多核水解產(chǎn)物.
　　
　　此外，電絮凝過程中水溶液的pH值也會(huì)影響鋁的水解產(chǎn)物，進(jìn)而影響絮凝物沉淀和去除污染物.綜上所述，鐵鋁電極的反應(yīng)產(chǎn)物，溶液的pH值，氧化程度等都會(huì)影響造紙廢水污染物的降解和去除.因此，在80分鐘的電凝過程中，鐵和鋁電極表現(xiàn)出不同的去除效果.
　　
　　（2）有效電極面積/體積比
　　
　　在電凝反應(yīng)過程中，有效電極面積/體積比不僅會(huì)影響污染物的去除效果，還會(huì)影響電極消費(fèi)率.
　　
　　從圖1可以看出，反應(yīng)40分鐘后，鐵電極和鋁電極的去除速率趨于穩(wěn)定，而過長的反應(yīng)時(shí)間并不能提高去除效果.因此，實(shí)驗(yàn)選擇了40分鐘的處理結(jié)果進(jìn)行分析.實(shí)驗(yàn)條件：電極間距設(shè)置為10 mm，電流密度為40 mA / cm2，pH為原水值，每批處理量為1L.實(shí)驗(yàn)選擇電極的有效面積比0.08?0.16 cm-1用于比較分析.反應(yīng)40分鐘后的結(jié)果如圖2所示.
　　
　　從圖2可以看出，TOC去除率在不同的有效電極面積體積比條件下，電流變化顯著.在三個(gè)平行實(shí)驗(yàn)中，TOC去除率隨面積體積比的增加而增加.當(dāng)有效電極面積/體積比為0.08cm-1時(shí)，對(duì)應(yīng)于鐵陽極的電絮凝的有機(jī)物的去除率為38.1％，鋁電極的去除率為34.5％.當(dāng)有效電極面積體積比增加到0.16 cm-1時(shí)，鐵電極和鋁電極的去除率分別上升到42.1％和39.1％.
　　
　　從反應(yīng)機(jī)理的角度來看，在鐵電極的電絮凝過程中，當(dāng)陽極被氧化時(shí)，二價(jià)或三價(jià)鐵離子將連續(xù)釋放到溶液中，然后這些離子與反應(yīng)生成Fe（H2O）63 +，F(xiàn)e（H2O）5（OH）2+或Fe2（H2O）8（OH）24+.價(jià)態(tài)不同的鐵絮狀物的形成對(duì)去除有機(jī)污染物具有重要影響.相比之下，鋁電極的鋁溶解量也隨著有效電極體積比的增加而增加，導(dǎo)致總有機(jī)碳去除率的增加.由于電絮凝反應(yīng)過程中鋁電極的水解產(chǎn)物比較復(fù)雜，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，鋁電極電絮凝溶液的pH值隨著處理時(shí)間的增加而增加，從7.75提高到10.2.原始解決方案.
　　
　　從文獻(xiàn)中得知，電絮凝過程中污染物的去除更容易受到pH值的影響，因此會(huì)影響污染物的吸附和沉淀.例如，M.Kobya等.在印染廢水的電絮凝研究中發(fā)現(xiàn)，鋁電極的COD去除率和濁度低于鐵電極.原因與鋁板的電解產(chǎn)物和溶液的pH有關(guān).
　　
　　（3）電流密度
　　
　　電流密度是電絮凝過程中的主要影響因素.電流密度不僅影響廢水中有機(jī)物的降解率，而且直接影響反應(yīng)系統(tǒng)的整體運(yùn)行能耗.實(shí)驗(yàn)選擇4種不同的電流密度，即20、30、40、50 mA / cO，同時(shí)將電極間距控制為10 mm，有效電極面積與體積之比為0.16 cm-1，pH為原水值，每批處理量為1 L，電凝反應(yīng)為40分鐘時(shí)，TOC去除率隨電流密度而變化，如圖3所示.
　　
　　從圖3可以看出，TOC去除率隨著電流密度的增加而增加.在電流密度為40mA / cm 2的條件下，鐵電極的TOC去除率達(dá)到41.7％，鋁電極的TOC去除率達(dá)到39.1％.但是，當(dāng)電流密度從40 mA / cm2增加到50 mA / cO時(shí)，TOC去除率的增加受到限制，但是功耗會(huì)相應(yīng)增加，因此本研究選擇40 mA / cm2作為*佳電流密度.
　　
　　（4）進(jìn)水pH
　　
　　進(jìn)水pH也是電絮凝的關(guān)鍵處理參數(shù)，它直接影響電絮凝過程中絮凝物的形成和有機(jī)物的去除.在該實(shí)驗(yàn)中，將廢水的pH值調(diào)整為4、6、8、10，其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)是電流密度為40 mA / cm2，電極間距為10 mm，有效電極面積與體積比為0.16 cm-1，每批處理能力圖1顯示了1 L廢水在電凝反應(yīng)中TOC去除率隨pH的變化.
　　
　　從圖4中可以看出，隨著pH的升高，TOC的去除率會(huì)降低.
　　
　　當(dāng)初始pH從8.0升高到10.0時(shí)，TOC的去除率會(huì)隨著pH的升高而降低.鐵電極沒有明顯變化，而鋁電極的TOC去除率卻明顯下降.在酸性pH條件（pH = 4）下，兩個(gè)電極的TOC去除率均較高，鐵電極的TOC去除率為46.3％.原因是在電絮凝過程中，酸性條件可以促進(jìn)鐵陽極的溶解，并促進(jìn)單位時(shí)間內(nèi)更多的金屬離子及其羥基絡(luò)合物的產(chǎn)生，從而提高有機(jī)物與絮凝劑的反應(yīng)速度.和有機(jī)污染物的去除率.鋁電極的表面在高pH反應(yīng)條件下易于鈍化，不利于水解，影響污染物的去除.
　　
　　每批次的處理能力為1 L廢水，并且實(shí)驗(yàn)在*佳條件下進(jìn)行，即鐵電極pH = 4，電流密度40 mA / cO，有效電極面積電凝30分鐘后TOC去除率達(dá)到38.7％，40分鐘后TOC去除率達(dá)到46.3％.
　　
　　2.2分析有機(jī)污染物的去除機(jī)理
　　
　　為揭示電絮凝過程中有機(jī)物的降解特性，本研究使用熒光分析儀分析了處理后的樣品中的成分，造紙廢水顯示出五個(gè)特征熒光峰.
　　
　　根據(jù)文獻(xiàn)結(jié)果，這些峰分別對(duì)應(yīng)于小分子芳香族有機(jī)污染物，腐殖酸樣有機(jī)物，色氨酸樣有機(jī)污染物，腐殖酸樣和少量黃腐酸樣混合有機(jī)物.污染物和黃腐酸樣有機(jī)污染物.對(duì)電絮凝處理30分鐘后的水樣進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)五種有機(jī)組分的熒光強(qiáng)度發(fā)生了顯著變化，其中小分子芳香族有機(jī)污染物和色氨酸樣有機(jī)污染物的熒光強(qiáng)度分別增加了510％ 190％，而其他三種有機(jī)物的熒光強(qiáng)度卻有所下降.其中，腐殖酸樣有機(jī)物和腐殖酸樣黃腐酸混合有機(jī)物被完全去除，而黃腐酸像有機(jī)質(zhì)一樣強(qiáng)度下降了47.1％.
　　
　　以上結(jié)果表明，廢水中總有機(jī)污染物的去除與黃腐酸類有機(jī)物和腐殖酸類有機(jī)物的去除密切相關(guān).這些腐殖質(zhì)污染物的去除可以包括氧化和通過吸附共沉淀.
　　
　　具體地，在電凝反應(yīng)中，陽極板將被氧化以降解腐殖質(zhì)樣有機(jī)物，并且此過程產(chǎn)生的不完全降解產(chǎn)物可能導(dǎo)致小分子芳香族有機(jī)物的濃度增加.
　　
　　同時(shí)，電極板在電場作用下產(chǎn)生的金屬絮凝物可以吸附和去除污染物，一些有機(jī)污染物從廢水中轉(zhuǎn)移到絮凝物中.
　　
　　此外，水在陽極和陰極表面電解產(chǎn)生的微小氧氣和氫氣氣泡也可能導(dǎo)致廢水中污染物的微氣浮或揮發(fā)性有機(jī)物的剝離作用，但由于缺乏這種數(shù)據(jù)，這些影響對(duì)造紙廢水中有機(jī)物去除的影響需要后續(xù)研究.
　　
　　2.3電絮凝去除廢水的硬度
　　
　　造紙廢水的硬度主要由鈣和鎂離子組成.硬度是廢水質(zhì)量的再評(píng)價(jià)指標(biāo).硬度過高會(huì)降低電絮凝系統(tǒng)中*環(huán)污染物的去除效率并增加運(yùn)行成本.這項(xiàng)研究調(diào)查了在*佳條件下通過電凝去除造紙廢水中總硬度的結(jié)果，如圖5所示.
　　
　　從圖5中可以看出，電絮凝對(duì)總硬度具有良好的去除效果.在30分鐘的處理過程中，硬度去除率首先迅速增加，在10分鐘時(shí)達(dá)到64％，然后緩慢增加，趨于穩(wěn)定，*后達(dá)到78％.趙善等.在含油廢水的處理中還發(fā)現(xiàn)電絮凝對(duì)硬度有很高的去除效果，在處理的前10分鐘內(nèi)硬度去除率迅速增加，然后緩慢增加，在30分鐘時(shí)達(dá)到85％去除率..
　　
　　原則上，在電絮凝過程中，水中的鈣或鎂離子在外部電場的作用下遷移到陰極，因此陰極中的碳酸鈣或碳酸鎂濃度較高溶液達(dá)到過飽和.形成沉淀，從而達(dá)到去除硬度的目的.
　　
　　2.4電絮凝去除造紙廢水中的重金屬
　　
　　本研究研究了在*佳條件下通過電絮凝去除造紙廢水中的重金屬.結(jié)果如圖6所示.
　　
　　如圖6所示，電凝對(duì)鉻，砷和錳的去除率不同.在廢水中.隨著電絮凝時(shí)間的增加，鉻的去除率在開始的5分鐘內(nèi)迅速增加，然后緩慢增加至約36％.砷的去除規(guī)律與鉻相似.在開始的5分鐘內(nèi)，砷的去除率迅速上升至75％，然后下降速度放慢，并在10分鐘后穩(wěn)定下來，達(dá)到約80％.但是，錳的去除率呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，隨著電絮凝時(shí)間的增加，錳的去除率不斷提高.當(dāng)電絮凝反應(yīng)進(jìn)行3分鐘時(shí)，錳的去除率僅為14.5％，在20分鐘內(nèi)達(dá)到61.2％.在30分鐘內(nèi)上升到93.7％.
　　
　　相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，通過電絮凝去除鉻不僅與電流密度等因素有關(guān)，而且與溶液的pH值有關(guān).在這項(xiàng)研究中，在某些處理?xiàng)l件下，隨著處理時(shí)間的延長，溶液的pH值隨著質(zhì)子的減少而增加，*終增加到10.8.
　　
　　但是，堿性溶液條件不利于電絮凝去除鉻.當(dāng)pH大于9.6時(shí)，電極以Fe（OH）4-的形式釋放Fe（III），用于鉻離子.鉻的吸附能力差，因此延長處理時(shí)間不能促進(jìn)鉻的去除.
　　
　　類似地，砷的去除效果也隨著pH值的增加而變化.韋婉等.發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH高于8.5時(shí)，水合氧化鐵表面的質(zhì)子化度減弱，顯示負(fù)電荷，并且結(jié)合相同的帶負(fù)電荷的砷酸鹽的能力減弱，因此去除率將顯示下降趨勢.徐龍謙等.在電絮凝去除Mn2 +的研究中發(fā)現(xiàn)，電絮凝反應(yīng)中生成的OH-和O2將與Mn2 +形成Mn（OH）2，然后被部分氧化成為MnO2.在實(shí)驗(yàn)過程中，盤子將持續(xù)溶解高價(jià).金屬鐵離子通過其水解形成的絮凝物可以有效地吸附和去除MnO2，因此電絮凝時(shí)間的增加有利于錳的去除.
　　
　　3結(jié)論
　　
　　（1）電極材料對(duì)造紙廢水中的有機(jī)物電絮凝去除有一定的作用，鐵電極對(duì)總有機(jī)碳的去除率為略高于鋁電極，并且去除率受pH變化的影響較小；在本研究確定的*佳處理?xiàng)l件下，以鐵電極為陽極，電絮凝處理30分鐘后，造紙廢水中TOC的去除率可達(dá)到38.7％.
　　
　　（2）電流密度也對(duì)TOC去除率有很大影響.增加電流密度可以提高TOC去除率；有效面積體積比也與TOC去除率成正相關(guān)，面積體積比高.獲得更高的TOC去除率；原水的pH值對(duì)去除TOC也有重要影響.酸性條件有利于有機(jī)物的去除，而高堿性不利于有機(jī)物的去除.
　　
　　（3）根據(jù)熒光光譜分析結(jié)果，本研究中使用的造紙廢水包含五種熒光有機(jī)成分，分別是小分子芳香有機(jī)污染物，腐殖酸樣有機(jī)物和色氨酸.像有機(jī)物，腐殖酸樣和少量黃腐酸樣的混合有機(jī)物以及黃腐酸樣有機(jī)物一樣，電凝過程中腐殖酸樣和黃腐酸樣成分的去除與電凝過程有關(guān).去除TOC.
　　
　　（4）電絮凝對(duì)造紙廢水的硬度和重金屬具有良好的去除效果.處理30分鐘后，鉻，砷和錳的去除率分別達(dá)到36％，80％和93.7％.總硬度去除率達(dá)到78％.