楊雅雯，張紅燕

（1.北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所，北京100054；2.晉城市綠和環(huán)保技術(shù)咨詢有限公司，山西 晉城048000）

醬油作為人們?nèi)粘Ｉ畹恼{(diào)味品，在滿足人們飲食需求的同時(shí)，其生產(chǎn)過程也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。有資料表明［1－2］，生產(chǎn)1t醬油會(huì)產(chǎn)生大約6～9t的廢水，廢水產(chǎn)生量大，且成分復(fù)雜，呈現(xiàn)較高的BOD5，COD，鹽度和色度，是一種較難處理的廢水，國內(nèi)一般采用厭氧與好氧結(jié)合方法進(jìn)行處理，但存在好氧階段返色、色度與COD不能同步降解等難題［3－7］。

電化學(xué)水處理技術(shù)具有多功能性、高度的靈活性、易于自動(dòng)化等其他水處理技術(shù)所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)將其應(yīng)用于含油廢水、含酚廢水等處理中，尤其是對(duì)那些難生物降解、對(duì)人類健康危害很大的“三致”有機(jī)污染物的去除有很高的效率［8－11］。目前將電化學(xué)水處理技術(shù)應(yīng)用于醬油廢水處理的報(bào)道很少，針對(duì)醬油廢水處理難點(diǎn)，本文擬將電化學(xué)處理技術(shù)應(yīng)用到醬油廢水的預(yù)處理環(huán)節(jié)。采用溶膠凝膠法制備摻雜La－Nd混合元素的Ti／Sb－SnO2電極，考察不同摻雜量下制備的電極對(duì)醬油廢水COD和色度的去除效果，進(jìn)而確定電極處理醬油廢水的最佳工藝條件。

1 電極材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)用水取自唐山某釀造廠廢水處理站的調(diào)節(jié)池，水質(zhì)見表1。

1.2 鈦基氧化物涂層電極的制備

（1）基體的處理。將規(guī)格尺寸為100mm×40mm×2 mm的鈦板用細(xì)砂紙、粗砂布依次打磨，用40%NaOH溶液恒溫加熱2h后，用熱水沖洗，在15%草酸溶液中煮沸2h，沖洗后放入1%草酸溶液中待用。

（2）中間層的制備。為提高電極的壽命及穩(wěn)定性，制備摻雜Sb為主的SnO2涂層的鈦基體涂層電極。稱取32g SbCl3，150g SnCl4·5H2O 溶解于50mL濃鹽酸、300mL正丁醇以及適量無水乙醇中，將經(jīng)預(yù)處理好的鈦板洗凈晾干，將上述的中間層涂層液涂在鈦板上，于烘箱中烘干，反復(fù)5次涂刷，于500℃馬弗爐中焙燒20min，反復(fù)20次，延長最后一次馬弗爐焙燒時(shí)間至3h，冷卻備用。

（3）活性層的制備。電極中主要起催化活性作用的是活性層，摻雜金屬La－Nd的活性層對(duì)電極的電催化性能有很大的提高。實(shí)驗(yàn)中制備了Sn∶Sb∶La∶Nd為100∶10∶5∶4（原子質(zhì)量比）的摻雜金屬 La－Nd混合元素的 Ti／Sb－SnO2電極［12］。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

采用500mL燒杯作為反應(yīng)電解池，陽極為摻雜金屬La－Nd混合元素的Ti／Sb－SnO2電極，陰極為經(jīng)預(yù)處理后的純鈦板。實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

1.4 指標(biāo)的檢測(cè)分析方法

實(shí)驗(yàn)中的檢測(cè)指標(biāo)包括COD和色度，COD的測(cè)定采用重鉻酸鹽法，色度測(cè)定采用吸光度法，即將待測(cè)液在醬油廢水的380mm特征波長處測(cè)量廢水處理前后的吸光度值，經(jīng)計(jì)算可得到脫色率，其計(jì)算公式如下：△A＝（A0－A）／A0×100%。其中：A0為處理前廢水吸光度值；A為處理后廢水吸光度值；△A為脫色率。

2 結(jié)果與討論

電化學(xué)方法處理醬油廢水的影響因素主要包括電流密度、電解時(shí)間、極板間距和pH值等，實(shí)驗(yàn)采用正交實(shí)驗(yàn)法，設(shè)計(jì)了四因素四水平L16（44）正交實(shí)驗(yàn)表，以醬油廢水處理出水COD濃度和色度去除率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定電極處理醬油廢水的最佳工藝條件。表2為電極制備正交實(shí)驗(yàn)因素水平表，表3為正交實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果。

表2 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

表3 處理醬油廢水影響因素正交實(shí)驗(yàn)表

比較每個(gè)因素的極差Rm，該值越大其所對(duì)應(yīng)的因素影響越大，即為主要因素。影響COD去除率的因素從主至次依次為：電解時(shí)間＞pH值＞電流密度＞極板間距；而影響影響色度去除率的因素從主至次依次為：電流密度＞電解時(shí)間＞極板間距＞pH值。因此影響醬油廢水COD和色度去除率的因素順序不一致。

比較每個(gè)因素水平對(duì)應(yīng)的指標(biāo)k值，數(shù)值越小，表明出水COD濃度越低。因此，選取指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的水平為A3B3C1D4，即電流密度40mA／cm2，電解時(shí)間90min，極板間距2.0cm，pH值為9時(shí)COD去除效果較好；而對(duì)于色度去除率來講，k值越大色度去除率越高，因此去除色度的最佳組合為A4B3C3D2，即電流密度40mA／cm2，電解時(shí)間90 min，極板間距4.0cm，pH 值為5。

醬油廢水呈弱酸性，pH值為5.5～7.5，如果實(shí)驗(yàn)中將廢水COD的降解作為優(yōu)先考慮因素，則選擇A3B3C1D4組合，但需將廢水的pH值調(diào)至9左右，強(qiáng)堿性環(huán)境不僅會(huì)造成藥劑費(fèi)高，也不符合實(shí)際工程需要。醬油廢水的色度構(gòu)成物質(zhì)為有機(jī)物，色度的大小與COD呈正相關(guān)，因此，實(shí)驗(yàn)中將優(yōu)先考慮色度去除率，確定的電極處理醬油廢水的最佳工藝條件為電流密度40mA／cm2，電解時(shí)間90min，極板間距4.0cm，pH值為5，在此條件下電極對(duì)廢水COD和色度的去除率分別達(dá)到34.3%和90.11%。

采用電化學(xué)方法處理醬油廢水是通過電凝聚氣浮、電催化氧化和活性氯的間接氧化等綜合作用實(shí)現(xiàn)的。醬油廢水中含有的Cl－通過陽極電解來產(chǎn)生各種含氯的氧化劑，進(jìn)而增加了對(duì)有機(jī)物的氧化降解能力。但也正是由于廢水中的Cl－導(dǎo)致處理過程中出現(xiàn)金屬陽極有腐蝕現(xiàn)象，因此，實(shí)驗(yàn)過程中需使用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢?，以減少電解過程中產(chǎn)生的大量微小氣泡附著在電極表面而腐蝕電極。

3 結(jié)論

（1）制備了Sn∶Sb∶La∶Nd為100∶10∶5∶4（原子質(zhì)量比）的摻雜金屬La－Nd混合元素的Ti／Sb－SnO2電極。采用正交實(shí)驗(yàn)確定了電極處理醬油廢水的最佳工藝條件：電流密度40mA／cm2，電解時(shí)間90min，極板間距4.0cm，pH 值為5，在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，電極對(duì)醬油廢水COD和色度的去除率分別達(dá)到34.3%和90.11%。

（2）在處理過程中醬油廢水中的Cl－會(huì)造成金屬陽極腐蝕，使用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢杩捎行p緩電極腐蝕。

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