污水电解实验装置实验指导书

  
污水电解实验装置实验指导书
一、技术参数:
a)电解、沉淀、过滤一体化电解槽:666×132×200㎜;不锈钢外壳,内衬PVC板;处理含酚废水量:约10L/H,COD和色度均可达到90%。
b)电极材料石墨与不锈钢板(规格均为100×125㎜,δ=5㎜)。
c)整流器,30A/10V,1台。
d)空气压缩机功率:120W,排气量:85L/min,风压:0.04mpa,一台。
e)PVC高位水箱尺寸:400×300×300㎜,1个。
f)各项操作及压力、流量的显示、调节、控制全在控制屏板面进行;
g)控制屏与框架均为不锈钢材质,结构紧凑,外形美观,装置流程简单、操作方便。
h)外形尺寸:1140×600×1700㎜。
二、实验指导:
1.实验概述:
电能转变为化学能的过程,即使直流电通过电解槽,在电极-溶液界面上进行电化学反应的过程。通电时,在外电场的作用下,电解液中的正、负离子分别向阴、阳极迁移,离子在电极-溶液界面上进行电化学反应,在阴极上进行还原反应、阳极进行氧化反应。即污水中的污染物在电解槽内被氧化、还原,或者与电极反应产物作用,转化为无公害成分被分离除去。
水的电解就是在外电场作用下将水分解为H2(g)和O2(g)。电解是一种非常强有力的促进氧化还原反应的手段,许多很难进行的氧化还原反应,都可以通过电解来实现。例如:可将熔融的氟化物在阳极上氧化成单质氟,熔融的锂盐在阴极上还原成金属锂。电解工业在国民经济中具有重要作用,许多有色金属(如钠、钾、镁、铝等)和稀有金属(如锆、铪等)的冶炼及金属(如铜、锌、铅等)的精炼,基本化工产品(如氢、氧、烧碱、氯酸钾、过氧化氢、乙二腈等)的制备,还有电镀、电抛光、阳极氧化等,都是通过电解实现的。
2.实验目的:
a)了解电解法与隔膜电解的特点、工作原理;
b)掌握电解法和隔膜电解法处理含酚废水处理实验操作方法;
c)可做电解回收废酸及重金属的实验。
3.实验原理
电解处理含酚废水。在以NaCl为电解液时,其反应如下:
阳极:



阴极:


 
4. 实验工艺流程图:

4.实验操作步骤:
将污水按要求浓度70、80、90、100mg/L:
a)配制原水于水箱中(每组作一个浓度)。
b)测定原水废水的苯酚含量C0、pH值和水温。
c)接通设备电源,指示红灯亮。
d)将配好的原水倒入到高位水箱,将流量计控制旋钮调到最大,直到污水注满电解槽后停止加入。
e)开气泵开关,调节气体流量,使电解槽内的液体处于翻腾状态。
f)打开整流器开关,使直流输出接通,调整电压V旋扭,使其始终稳定在10V左右,观察电流的变化情况。
g)静态处理30分钟后,逐渐打开并调节流量计旋钮,并使原水进水流量保持在额定值约10L/h;同时打开电解槽出水阀。
h)每隔10分钟取样测定出水苯酚的含量、pH值。
i)停车。关气泵,关进水,关电源,拨下电源插头。
j)放完设备内所有污水,用清水反复冲洗设备,并用干抹布擦拭。
5. 实验数据处理:
电流效率的计算:
电流效率定义为在电极上析出或溶解物质的实际量与理论量之比,即
      %
式中  m——实际析出或溶解的物质重量(克);
I——通过的电流(安培);
t——通过电流的时间(小时);
K——电化当量(克/安培•小时);
a)        工作电压计算:
工作电压随工作电流变化而变化,电流增高,电压亦增高.
     伏特
式中:  V——工作电压,通过电压表得出;
        I——工作电流;
        R——线路电阻;
        V1——极间电压;一般为3~15V。
        n——电极串连数;
n值指全部串联极板数。由于IR压降一般为0.1~0.2伏,计算时可以忽略。于是工作电压与电极的串联数成正比,它的大小主要决定于两极间的电压V1,其值可按下式计算:

式中:  φa——阳极电极电位;
        φk——阴极电极电位;
        VL——两极间液相电阻压降。
b)工作电流计算:
直流电流的大小主要取决于含酚废水浓度与流量。对一定流量的含酚废水,在相同电解还原条件下,要缩短处理时间,电流密度就得提高。随着电流密度增大,电解还原苯酚的速度加快,电解时间缩短。
但随之,电极的极化过程加快,使工作电压增高,电能消耗增加。只有在含酚废水中含有足够的氯化钠以克服阳极钝化时,才能较大幅度提高阳极电流密度。
工作电流可按下式计算:

式中: K—比例系数,相当于还原1mg所需的电量,一般为4~5安·时;
Q—为废水流量(米2/时);
C—为废水浓度(克/米3);
n—为电极串联数。
含酚废水实验记录  表1



min



m3/h
酚浓度
(mg/L)
PH值 电解条件
进水 出水 水温 进水 出水 电压V 电流I 槽端电压V
0 0                  
1 10                  
2 20                  
3 30                  
4 40                  
5 60                  
6 90                  
 
三、注意事项:
1、空气搅拌可减少浓度差极化,防止槽内积泥,但增加还原离子的氧化,降低电解效率。因此空气量要适当,一般每升污水所用空气量约为6-30L/h。
2、阳极在氧化剂和电流作用下,会形成一层致密的不活泼而又不溶解的钝化膜,使电阻和电耗增加,可以通过投加适量NaCl,增加水流速或采用机械去膜以及电极定期换向等方法。
3、耗铁量主要与电解时间、PH值、盐浓度和阳极电位有关,还与实际操作条件有关。如电流太高,时间太短,均使耗铁量增加。停止实验时,极板要放清水浸泡,否则极板氧化加剧,增加耗铁量。