電浮選凝聚法污水處理的改進(jìn)

1、“污水處理-電浮選凝聚法”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)吳星*呂琳謝蘇晉(揚(yáng)州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院江蘇楊州225002)摘要人教版高中實(shí)驗(yàn)化學(xué)教材中“污水處理電浮選凝聚法”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)后,污水的凝聚效果會更理想。改進(jìn)的方法是:(1)在污水中加入適量的電解質(zhì)溶液;(2)用鐵片和碳棒為陽極,鋁片為陰極的三電極電解裝置電解;(3)在電解的過程中同時(shí)攪拌。關(guān)鍵詞污水處理電浮選凝聚法三電極電解裝置鐵片鋁片1  存在的問題人民教育出版社出版的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書實(shí)驗(yàn)化學(xué)1中安排了“污水處理-電浮選凝聚法”的實(shí)驗(yàn)。 圖1雙電極電解污水裝置實(shí)驗(yàn)操作步驟如下:在100 mL燒杯中加入80mL污水,

2、調(diào)節(jié)pH至56,平行懸置2個(gè)電極(鋁片作陰極,鐵片作陽極)接通直流電源(電壓69 V),調(diào)節(jié)電流,使電極上有氣泡持續(xù)生成,電解一段時(shí)間后,污水表面逐漸形成一層浮渣,而在燒杯底部也積聚一層沉渣,中間層則為澄清的水。教材中分析該實(shí)驗(yàn)的基本原理是:陽極:Fe-2e-=Fe2+2H2O-4e-=O2+4H+4Fe2+10H2O+O2通電4Fe(OH)3+8H+陰極:2H+2e-=H2該實(shí)驗(yàn)較好地體現(xiàn)了化學(xué)應(yīng)用于生產(chǎn)生活實(shí)際的思想和綠色化學(xué)的理念,在實(shí)際生產(chǎn)中電浮選凝聚法處理污水也是常用的方法之一2。但我們在實(shí)驗(yàn)探究時(shí)發(fā)現(xiàn),該實(shí)驗(yàn)的效果并不十分理想,主要存在下列問題:(1)電解所需直流電壓大,中學(xué)如果不

3、具備直流穩(wěn)壓電源一般無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(2)不同污水電解時(shí),電流調(diào)節(jié)比較困難。(3)電解產(chǎn)生的Fe(OH)2只有少量轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3膠體,凝聚效果不理想。2實(shí)驗(yàn)改進(jìn)以鐵片為陽極電浮選凝聚法處理生活污水的基本原理是通過電解使鐵轉(zhuǎn)化為離子進(jìn)入溶液,隨著電解過程中H2的析出,溶液的pH上升,Fe2+轉(zhuǎn)化成Fe(OH)2,Fe(OH)2進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3膠體,從而達(dá)到浮選凝聚凈水的目的。為使實(shí)驗(yàn)效果更為理想,該實(shí)驗(yàn)做如下改進(jìn):(1)在污水中加入適量的氯化鈉或硫酸鈉以提高污水的導(dǎo)電能力;(2)采用“三電極”電解裝置(鋁片為陰極,石墨和鐵片同時(shí)為陽極,實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示),使電解時(shí)產(chǎn)生氧氣或氯氣,

4、提高Fe(OH)2進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3膠體的效率,從而提高凈化污水的效果。 圖2三電極電解污水裝置2.1實(shí)驗(yàn)原理以鋁片為陰極,石墨和鐵片同時(shí)為陽極,電解含有氯化鈉或硫酸鈉的生活污水,發(fā)生的電極反應(yīng)為:陰極(鋁片):2H+2e-=H2陽極(鐵片):Fe-2e-=Fe2+陽極(石墨):4OH-4e-=O2+2H2O(污水中含有硫酸鈉)或2Cl-2e-=Cl2(污水中含有氯化鈉)電解含有氯化鈉溶液的污水時(shí),發(fā)生下列反應(yīng):2Fe+4H2O通電2Fe(OH)2+2H22Cl-+2H2O通電Cl2+H2+2OH-2Fe(OH)2+Cl2+2OH-=2Fe(OH)3(膠體)+2Cl-電解含有

5、硫酸鈉溶液的污水時(shí),發(fā)生下列反應(yīng):2Fe+4H2O通電2Fe(OH)2+2H22H2O通電O2+2H24Fe(OH)2+O2+2H2O = 4Fe(OH)3(膠體)2.2實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果按下列實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn):(1)量取100 mL污水于小燒杯中,加入10 mL電解質(zhì)溶液,用酸度計(jì)測定污水的pH。(2)連接好電解裝置(雙電極電解法如圖1,三電極電解法如圖2),在一定的電壓下電解,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,測定電解過程中污水的pH變化。在不同的條件下,電解污水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)于表1中。表1電浮選凝聚法處理生活污水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 從表1可以發(fā)現(xiàn),用雙電極法電解污水時(shí),如果不加電解質(zhì)溶液,由于污水中電解質(zhì)濃度太低,即使在較大電壓下電解,由于溶液的電阻大,電解效果也不理想;在污水中加入電解質(zhì)溶液后,用雙電極電解時(shí),陽極上主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是:Fe-2e-Fe2+,產(chǎn)生的氧氣很少,除污水表面可觀察到少量Fe(OH)3生成外,污水中主要生成Fe(OH)2,污水凝聚效果不好;在污水中加入電解質(zhì)溶液后,用三電極電解,由于陽極碳棒上生成了氯氣(加氯化鈉為電解質(zhì))或氧氣(加硫酸鈉為電解質(zhì)),污水中Fe(OH)3生成的速度快,污水凝聚效果好,如果在電解過程中同時(shí)攪拌,污水凝聚效果會更理想。3結(jié)論人教版高中實(shí)驗(yàn)化學(xué)教材中“污水處理-電浮選凝聚法”的實(shí)