污水处理论文

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张 胜

（湖南师范大学化学化工学院  2007级  2007140238）

摘要：采用控制变量法探索电浮选凝聚法净水实验中电极大小，改变pH值、电压等试验条件对实验的影响，从而找出最佳实验条件使实验现象更为明显，能够看到浮渣及溶液分层等现象，同时尽量使实验操作简便，实验时间控制在5—10分钟以内以配合课堂实验教学。

Abstract: The electrical control variable method to explore water flotation experiment coagulation electrode size, changing the pH, voltage and other effects of the experimental test conditions, in order to identify the best experimental conditions for the experimental phenomena become more evident, to see the floating residue and the solution layered phenomena, while as far as possible experiments is simple, time control experiments in the 5-10 minutes to tie in with classroom teaching experiment.

关键字：控制变量法 电浮选凝聚  pH值  电压  实验时间

Keywords: Control Variables   Electric flotation pool  

pH   Voltage  Experimental time

1．引言

化学是一门以实验为基础的科学。一个好的化学实验,不仅能加深学生对实验现象本身的记忆和对知识的理解,而且还能调动学生探究问题的欲望,激发学生的创新精神。现行的化学教材十分重视实验教学,安排设计了许多演示实验和学生分组实验。毫无疑问,这对提高化学教学质量,实施创新教育起到了不可估量的作用。特别在培养学生的实践能力、创新精神、创新能力方面是任何其它教学活动不可替代的。

2．问题的提出：

化学教育离不开化学实验，然而，并不是每一个实验都十全十美,中学中的污水处理实验采用电浮选凝聚法，利用Fe做阳极，pH值为5-6,电压为6-9伏的条件下电解产生Fe(OH)3、H2达到净水的目的。但是在实际操作时现象不明显，往往看不到浮渣层及溶液分层现象，达不到预期效果。这就不利于中学化学实验教学，我们希望通过改进电极大小，改变pH值、电压等试验条件探索实验的最佳方案，以达到使实验现象更为明显，能够看到浮渣及溶液分层等实验现象，同时尽量使实验操作简便，实验时间控制在5—10分钟以内以配合课堂实验教学等效果。

3．实验部分：

3．1实验原理：

电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法。下图为电解污水试验装置示意图。接通电源后，与电源正极相连的阳极铁失去电子生成Fe2+,进一步被氧化，并生成Fe(OH)3沉淀，Fe(OH)3具有吸附性，可以吸附污物而沉积下来，具有净化作用；与直流电源负极相连的阴极产生H2，气泡把污水中的悬浮物带到水面形成浮渣        层，积累到一定厚度是刮去(或撤掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。

   其电极反应为：

   阳极：        Fe – 2e - = Fe2+

                   2H2O - 4 e - =4H+ + O2↑

                       4Fe2+ + 10H2O + O2 = 4Fe(OH)3 + 8H+

   阴极：        2H++2e-==H2↑ 

3．2实验用品：

污水、 盐酸、 氢氧化钠、0.1mol/L NaSO4溶液 、

烧杯、量筒、 铝片、 铁片、 学生电源、 pH试纸、导线

3．3实验过程：

①污水制备:一般生活污水+品红溶液

②连接好实验装置，在100ml烧杯里加入80ml污水，再滴入2-3滴品红溶液，10ml 0.1mol/L Na2SO4溶液。接通电源。然后用单变量法逐一实验。探索出实验最佳pH值、电压和电极面积大小等条件。具体如下：

a.调节pH至6， 电极：阳极—薄铁片（1cm*4cm）；阴极—铝片（1cm*4cm）， 电压由6V，9V，12V依次改变。

b.调节电压为12V，电极：阳极—薄铁片（1cm*4cm）；阴极—铝片（1cm*4cm），pH由6，5， 4依次改变。

c.改善电极：阳极—薄铁片（1cm*4cm）；阴极—铁片（4cm*4cm）2块，重复a,b步骤。

       ③观察并记录实验现象，记录实验所需时间。

4．数据记录与分析：

4．1数据记录：

根据上面数据作出分析，如下：

① 实验时间随电压从6—12V不断缩短。

② 实验时间与pH值的关系在3—7范围内并非直线相关。

③ 浮渣层出现时间与阴极材料的面积关系紧密。

④ 实验现象(分层现象）的明显程度与电极的面积大小有关。

4．3实验分析：

从上图表我们发现：实验成功与否及完成实验最终所需要的时间与pH值，电压及电极材料的面积息息相关。从图中不难看出，当实验条件为：pH值为4；电压为12V；电极材料为：阳极：薄铁片（１cm*4cm)  阴极：薄铁片（4cm*4cm)*2 时，实验所需时间最短，只需5—6min，现象也最为明显。

我们的中学教学实验，都需要老师在课堂上亲自给学生们做示范，这就需要控制我们实验的时间，一般在5—10分钟为宜。所以采取上图表中11组实验条件进行试验便可以达到要求。

4．4实验讨论：

        通过对整个实验过程的总结与思考及查阅相关资料，了解到实验成功与否及完成实验最终所需要的时间与pH值，电压及电极材料的面积有关。具体如下：

① 电压越高，电解速率越快。所以Fe(OH)3 、H2 的生成就越迅速，上层浮渣层及下层絮状沉淀成产生更快并且效果更明显。

② 电极材料越薄，面积越大。电解越充分，故产生Fe(OH)3 、H2 的量就越多，实验分层现象更为明显。

③ pH值对实验效果的影响并非成直线关系。酸度过高，有利于H2的产生，但却不利于Fe(OH)3 的生成；酸度过低，不利于H2的产生。所以酸度要适中，通过实验发现， pH值为4—5时反应最快。

4．5实验结论：通过对总过实验的总结与思考。得出如下结论：电浮选凝聚法处理污水时，最佳实验条件为：pH值为4；电压为12V；电极材料为：阳极：薄铁片（１cm*4cm)  阴极：薄铁片（4cm*4cm)*2。此时实验所需时间最短，只需5—6min，现象也最为明显。

 参考文献：

 [1] 普通高中课程标准实验教科书  化学  选修6  [M] 北京：人民教育出版社  2005.12

[2] 周公度.化学词典[M].北京：化学工业出版社，2004：477

[3] 李亚新. 国外印染废水的电化学处理[J]给水排水, 1999,(07) .

[4]高良进,程岩法. 高压脉冲电凝聚浮上法处理印染废水[J]环境污染与防治, 1992,(05) .

[5] 贺鸣雷,张新胜,陈银生. 脉冲电解处理废水的研究进展[J]河南化工, 2003,(05) .

[6] 贾秀丽. 工业废水中悬浮物测定问题的研究[J]. 科技信息, 2009, (13) :765