污水電解實驗裝置實驗指導書

一、技術參數：
a)電解、沉淀、過濾一體化電解槽：666×132×200㎜；不銹鋼外殼，內襯PVC板；處理含酚廢水量：約10L/H，COD和色度均可達到90%。
b)電極材料石墨與不銹鋼板（規格均為100×125㎜，δ=5㎜）。
c)整流器，30A/10V，1臺。
d)空氣壓縮機功率：120W，排氣量：85L/min，風壓：0.04mpa，一臺。
e)PVC高位水箱尺寸：400×300×300㎜，1個。
f)各項操作及壓力、流量的顯示、調節、控制全在控制屏板面進行；
g)控制屏與框架均為不銹鋼材質，結構緊湊，外形美觀，裝置流程簡單、操作方便。
h)外形尺寸：1140×600×1700㎜。
二、實驗指導：
1.實驗概述：
電能轉變為化學能的過程，即使直流電通過電解槽，在電極-溶液界面上進行電化學反應的過程。通電時，在外電場的作用下，電解液中的正、負離子分別向陰、陽極遷移，離子在電極-溶液界面上進行電化學反應，在陰極上進行還原反應、陽極進行氧化反應。即污水中的污染物在電解槽內被氧化、還原，或者與電極反應產物作用，轉化為無公害成分被分離除去。
水的電解就是在外電場作用下將水分解為H2（g）和O2（g）。電解是一種非常強有力的促進氧化還原反應的手段，許多很難進行的氧化還原反應，都可以通過電解來實現。例如：可將熔融的氟化物在陽極上氧化成單質氟，熔融的鋰鹽在陰極上還原成金屬鋰。電解工業在國民經濟中具有重要作用，許多有色金屬（如鈉、鉀、鎂、鋁等）和稀有金屬（如鋯、鉿等）的冶煉及金屬（如銅、鋅、鉛等）的精煉，基本化工產品(如氫、氧、燒堿、氯酸鉀、過氧化氫、乙二腈等)的制備，還有電鍍、電拋光、陽極氧化等，都是通過電解實現的。
2.實驗目的：
a)了解電解法與隔膜電解的特點、工作原理；
b)掌握電解法和隔膜電解法處理含酚廢水處理實驗操作方法；
c)可做電解回收廢酸及重金屬的實驗。
3.實驗原理
電解處理含酚廢水。在以NaCl為電解液時，其反應如下：
陽極:

陰極:

4. 實驗工藝流程圖：

5.實驗操作步驟:
將污水按要求濃度70、80、90、100mg/L：
a)配制原水于水箱中（每組作一個濃度）。
b)測定原水廢水的苯酚含量C0、pH值和水溫。
c)接通設備電源，指示紅燈亮。
d)將配好的原水倒入到高位水箱，將流量計控制旋鈕調到最大，直到污水注滿電解槽后停止加入。
e)開氣泵開關，調節氣體流量，使電解槽內的液體處于翻騰狀態。
f)打開整流器開關，使直流輸出接通，調整電壓V旋扭，使其始終穩定在10V左右，觀察電流的變化情況。
g)靜態處理30分鐘后，逐漸打開并調節流量計旋鈕，并使原水進水流量保持在額定值約10L/h；同時打開電解槽出水閥。
h)每隔10分鐘取樣測定出水苯酚的含量、pH值。
i)停車。關氣泵，關進水，關電源，撥下電源插頭。
j)放完設備內所有污水，用清水反復沖洗設備，并用干抹布擦拭。
6. 實驗數據處理：
電流效率的計算：
電流效率定義為在電極上析出或溶解物質的實際量與理論量之比，即

%
式中 m——實際析出或溶解的物質重量（克）；
I——通過的電流（安培）；
t——通過電流的時間（小時）；
K——電化當量（克/安培•小時）；
a) 工作電壓計算：
工作電壓隨工作電流變化而變化，電流增高，電壓亦增高.

伏特
式中：V——工作電壓，通過電壓表得出；
        I——工作電流；
        R——線路電阻；
        V₁——極間電壓；一般為3~15V。
        n——電極串連數；
n值指全部串聯極板數。由于IR壓降一般為0.1~0.2伏，計算時可以忽略。于是工作電壓與電極的串聯數成正比，它的大小主要決定于兩極間的電壓V₁，其值可按下式計算：

式中：φ_a——陽極電極電位；
φ_k——陰極電極電位；
V_L——兩極間液相電阻壓降。
b)工作電流計算：
直流電流的大小主要取決于含酚廢水濃度與流量。對一定流量的含酚廢水，在相同電解還原條件下，要縮短處理時間，電流密度就得提高。隨著電流密度增大，電解還原苯酚的速度加快，電解時間縮短。
但隨之，電極的極化過程加快，使工作電壓增高，電能消耗增加。只有在含酚廢水中含有足夠的氯化鈉以克服陽極鈍化時，才能較大幅度提高陽極電流密度。
工作電流可按下式計算：

式中： K—比例系數，相當于還原1mg所需的電量，一般為4~5安·時；
Q—為廢水流量（米²/時）；
C—為廢水濃度（克/米³）；
n—為電極串聯數。

含酚廢水實驗記錄表1
序號	時間 min	處理量 m³/h	酚濃度 (mg/L)			PH值		電解條件
序號	時間 min	處理量 m³/h	進水	出水	水溫	進水	出水	電壓V	電流I	槽端電壓V
0	0
1	10
2	20
3	30
4	40
5	60
6	90

三、注意事項：

1.空氣攪拌可減少濃度差極化，防止槽內積泥，但增加還原離子的氧化，降低電解效率。因此空氣量要適當，一般每升污水所用空氣量約為6-30L/h。
2.陽極在氧化劑和電流作用下，會形成一層致密的不活潑而又不溶解的鈍化膜，使電阻和電耗增加，可以通過投加適量NaCl，增加水流速或采用機械去膜以及電極定期換向等方法。
3.耗鐵量主要與電解時間、PH值、鹽濃度和陽極電位有關，還與實際操作條件有關。如電流太高，時間太短，均使耗鐵量增加。停止實驗時，極板要放清水浸泡，否則極板氧化加劇，增加耗鐵量。

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