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：  φ_a——阳极电极电位；
        φ_k——阴极电极电位；
        V_L——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
序 号	时 间 min	处 理 量 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。