結(jié)果分析
2.1 電流密度對除鐵效果的影響
水流以0.3cm/s的速度單程通過處理器和過濾器,水中總鐵含量隨電流密度的變化如圖2所示。
由圖2可見,電流密度增加含鐵量降低,電流密度>4.0mA/cm2時鐵基本被除掉。經(jīng)過3d的間斷運行后除鐵效果有所提高,而處理器出水口處的[Fe3+]/[Fe2+]、色度和濁度均無大改變,除鐵效果的提高主要是過濾能力增強所致。通過觀察發(fā)現(xiàn)濾料的表面產(chǎn)生了棕黃色的氧化鐵膜。根據(jù)接觸氧化的原理,氧化鐵膜能吸附水中二價鐵離子,并將其催化氧化成三價鐵,同時膜能增強對懸浮顆粒的攔截。
2.2 水流速度對除鐵效果的影響
圖3是電流密度為3.5mA/cm2,改變處理器內(nèi)水流速度的試驗結(jié)果。
圖3顯示,隨著水流速度的增加除鐵率呈線性下降。由此推斷,水流速度為0.25cm/s時產(chǎn)生 的溶解氧恰好能滿足氧化二價鐵的需求,隨著水流速度的增加,溶解氧被稀釋,導致氧化效率下降,但水流速度增加4倍(即溶解氧濃度被稀釋4倍),除鐵率僅下降15%,由此認為氧化主要發(fā)生在陽極附近。因為水流速度增加,經(jīng)過陽極區(qū)的水量在總流量中所占的比例不變,而這部分水保持較高的除鐵率,據(jù)此推斷增大陽極面積可以提高除鐵效率。
2.3 不同通電率時的除鐵率和電流效率
由于水流單程通過試驗的除鐵效果受電流和水流狀態(tài)的綜合影響,為此可將除鐵率和電流效率(η)看作每升水通入的庫侖電量的函數(shù)。計算電流效率時,將實際除去的鐵量乘以0.14作為實際耗氧量;將通過陽極板的電流視為全部用于產(chǎn)生氧氣,計算理論供氧量,通過式 (1)計算電流效率:
η=除鐵耗氧量/理論供氧量×100%
=[0.14•ΔFe•F•Z•Q]/[I•t•M•1000] ×100% (1)
式中 ΔFe——除鐵量,mg/L
I——電流,A
t——時間,s
M——氧相對原子質(zhì)量
Z——反應電子數(shù)
Q——t時間通過的水量,L
不同通電率對除鐵率和電流效率的影響如圖4所示。
由圖4可見,通電率越大除鐵率越高。通電率<50C/L時,很小的通電率就有除鐵效果,并且除鐵率隨著通電率的增大迅速提高;通電率為50C/L左右除鐵率>95%;而通電率>50/L后,除鐵率穩(wěn)定在較高水平。與此相對,通電率低時電流效率較高,產(chǎn)生的溶解氧基本都用于氧化二價鐵,但電流效率隨通電率增加迅速下降;通電率>50C/L后電流效率較低,因為水中的二價鐵基本上已全被氧化,陽極產(chǎn)生的氧僅形成氣泡和增加溶解氧含量。實際應用時,應該根據(jù)處理水的流量和含鐵量來調(diào)節(jié)電流的大小,在水中含鐵量較高的場合才加大通電率以提高電流效率。值得注意的是,雖然圖4顯示加大通電率后電流效率下降,但計算時只考慮了Fe2+氧化的質(zhì)量平衡,而根據(jù)式(1)可知,為保證達到較高的氧化速度必須有過剩的溶解氧和OH-離子,而產(chǎn)生這部分物質(zhì)的電流沒有計入。同時在確定水流量的試驗條件下,增加通電率意味著增大電流密度,必然引起電極電位增高,當電極電位高于水中有機物的分解電壓時,部分電流將作用于降解有機物。另外,電解產(chǎn)生的活性物質(zhì)還起到殺滅水中細菌的作用。按電壓為5V、電流為0.5A、水流量為500mL/min折算,水流單程通過試驗系統(tǒng)的噸水耗電量為0.08kW•h。
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