水性油墨也稱(chēng)水基油墨或環(huán)保性油墨，由水溶性高分子樹(shù)脂、顏料、溶劑(主要為水)以及相關(guān)助劑制備而成。水性油墨廢水主要來(lái)源于清洗印刷設備過(guò)程中的污水排放。例如：洗棍、洗槽、洗桶、沖洗操作間等產(chǎn)生的廢水〔1〕。油墨色彩的千變萬(wàn)化導致其廢水的化學(xué)成分非常復雜，具有高 COD、高色度、難生物降解等特點(diǎn)，一旦進(jìn)入水體，將會(huì )對水環(huán)境造成嚴重污染〔2〕。因此，探究一種有效可行的處理方法是當務(wù)之急。
文獻已報道的處理方法主要包括混凝法〔3, 4〕、活性炭吸附〔5〕、生化法〔6, 7, 8〕、Fenton法〔9, 10, 11〕和微電解法〔12〕等。這些方法分別具有各自的有效性和實(shí)用性。在水性油墨廢水的處理中，最大的難點(diǎn)在于高色度和高COD。電氧化可同時(shí)降低色度和COD，而且不會(huì )引入新的化學(xué)處理劑，在水性油墨廢水的處理中具有顯著(zhù)優(yōu)勢。楊鵬等〔13〕優(yōu)化了酸析的pH，用自制的改性氧化鉛電極，對水性油墨廢水在極距1~3 cm、電流密度20~30 mA/cm2和pH 7~9的條件范圍內做了COD變化的研究。
筆者使用自制氧化錫電極探究水性油墨廢水電解氧化過(guò)程的影響因素。首先，通過(guò)酸析降低初始廢水的SS、COD和色度;然后，在添加電解助劑條件下，使用自制氧化錫電極，對電流密度、極距以及pH等條件進(jìn)行優(yōu)化;最后，對比氧化錫電極和常用電極處理水性油墨廢水的性能差異。
1 氧化錫電極制備
1.1 鈦基體預處理
將100 mm×200 mm的鈦板或鈦網(wǎng)，在丙酮中超聲波清洗除油，置于40%的氫氧化鈉溶液中微沸120 min后，洗凈后放入10%草酸溶液微沸120 min，沖洗掉表面的草酸和草酸鈦，放入3%草酸溶液中備用。
1.2 活性層的涂制
將SnCl4·4H2O和SbCl3·3H2O按質(zhì)量比24∶1加入鹽酸和正丁醇(鹽酸正丁醇質(zhì)量比為1∶2)的混合溶液中，配制成總質(zhì)量分數為8%的涂液，均勻涂覆在預處理過(guò)的鈦表面，130~150 ℃烘干，再450 ℃焙燒10 min。按以上步驟反復操作18次，最后一次500 ℃焙燒60 min，置于蒸餾水中煮沸30 min待用。
2 實(shí)驗部分
2.1 分析方法
色度采用稀釋倍數法進(jìn)行分析，COD采用重鉻酸鉀法進(jìn)行測定，SS采用重量法進(jìn)行測定。
2.2 實(shí)驗水樣
水性油墨廢水取自廣東佛山市綠之彩印刷有限公司，初始pH=9.5，COD為3 500 mg/L，色度為4 000倍，SS為2 000 mg/L。
2.3 實(shí)驗工藝說(shuō)明
首先對原水樣進(jìn)行酸析預處理，用硫酸調節pH，攪拌絮凝后過(guò)濾，然后再進(jìn)行電解氧化處理。
電解裝置如圖 1所示，電極面積為100 mm×200 mm，電解槽中電極極距可根據實(shí)驗條件進(jìn)行調節。在電解處理過(guò)程中，采用泵使水性油墨廢水不斷循環(huán)混合。
圖 1 電解裝置
3 實(shí)驗結果和分析
3.1 不同pH酸析的比較
原水用3 mol/L的硫酸分別調節pH為2、3、4、5、6，攪拌絮凝后過(guò)濾，再測量酸析過(guò)濾后的SS、COD和色度。
水性油墨廢水呈堿性，當調至酸性后，水溶性樹(shù)脂會(huì )形成絮狀物并析出。如表 1所示，當pH在2~6范圍變化時(shí)，酸析過(guò)濾后的差別不明顯;pH在2~4時(shí)相對較好。SS經(jīng)酸析過(guò)濾后在20~30 mg/L，已達排放要求;COD降至約700 mg/L，去除率約80%;色度降至約2 800倍，去除率約30%。
3.2 NaCl添加量的優(yōu)化
氯離子的加入有助于水性油墨廢水電解的間接氧化。隨氯離子濃度的增加，電解過(guò)程中產(chǎn)生的活性氯也會(huì )增加，從而增加電解效率。然而Cl-加入過(guò)多，會(huì )對水體造成二次污染;此外，Cl-濃度過(guò)高也會(huì )影響電極的壽命。因此，有必要對Cl-添加量進(jìn)行優(yōu)化。用自制氧化錫電極，在極距10 mm，電流密度20 mA/cm2以及pH =4條件下，研究不同NaCl添加濃度對電解活性的影響，結果見(jiàn)圖 2。
圖 2 NaCl添加濃度對電解處理廢水的影響
如圖 2(a)所示，電解過(guò)程中COD的降低速率隨著(zhù)NaCl濃度的增大而增加，當NaCl添加質(zhì)量濃度大于2 g/L時(shí)，進(jìn)一步提高NaCl濃度對COD降低速率的影響不再明顯。如圖 2(b)所示，加入NaCl也可加速色度的降低，添加質(zhì)量濃度大于2 g/L時(shí)，進(jìn)一步提高NaCl濃度對色度降低速率的影響也不再顯著(zhù)。因此，選取2 g/L作為NaCl的優(yōu)化添加質(zhì)量濃度。
3.3 電流密度的優(yōu)化
電流密度是影響電解速率及能源消耗的重要因素。采用自制的氧化錫電極，NaCl添加質(zhì)量濃度2g/L，極距10 mm，pH = 4條件下，研究了不同電流密度對電解處理廢水效率的影響，結果見(jiàn)圖 3。
圖 3 電流密度對電解處理廢水的影響
如圖 3(a)所示，COD的降低速率隨電流密度的增加而增快，電流密度大于20 mA/cm2后，增速不明顯。圖 3(b)顯示，色度的降低速率隨電流密度的增加而增快。當電流密度大于20 mA/cm2后，增速則不再明顯。隨著(zhù)電流密度增大，能耗也相應增大。電流密度為30 mA/cm2 時(shí)的COD降低率比20 mA/cm2增加10%，但電能消耗卻顯著(zhù)增加。因此，選取20 mA/cm2作為優(yōu)化電流密度。
3.4 極距的優(yōu)化
在相同條件下，極距越大，電流密度越小。使用自制氧化錫電極在NaCl添加質(zhì)量濃度為2 g/L，pH=4條件下，研究了極距對電解過(guò)程中COD及色度變化的影響，結果見(jiàn)圖 4。
圖 4 極距對電解處理廢水的影響
如圖 4(a)所示，同等功率條件下，COD的降低速率隨極距的增加而降低。如圖 4(b)所示，同等功率條件下，色度的降低速率也隨極距的增加而降低。極距減小有利于提高電解效率，降低能耗，但極距過(guò)小在實(shí)際的電解設備中容易造成短路。因此，本研究選取10 mm作為優(yōu)化極距值。
3.5 溶液pH的優(yōu)化
溶液的pH也是可能影響電解效率的因素。使用自制氧化錫電極，在NaCl添加質(zhì)量濃度2 g/L，電流密度20 mA/cm2，極距10 mm條件下，研究了不同溶液pH對電解過(guò)程中COD及色度變化的影響，結果見(jiàn)圖 5。
圖 5 溶液pH對電解處理廢水的影響
如圖 5(a)所示，COD在酸性條件下(pH為2、4、6)的降低速率高于堿性條件(pH=8)，但pH處于2~6時(shí)，電解效率差別不大。如圖 5(b)所示，酸性條件也有利于色度的降低，pH介于2~6時(shí)，電解效率差別不明顯。因酸析最佳pH在2~4，故選取pH=4作為優(yōu)化pH。
3.6 自制電極與其他種類(lèi)電極的活性比較
在NaCl添加質(zhì)量濃度為2 g/L，電流密度20 mA/cm2，極距10 mm以及pH=4條件下，選取自制氧化錫電極、氧化鉛電極、釕銥電極、銥鉭電極以及石墨電極進(jìn)行電解活性比較，結果見(jiàn)圖 6。
如圖 6(a)所示，電解過(guò)程中COD的降低速率對比結果為：自制氧化錫電極>氧化鉛電極>釕銥電極>銥鉭電極>石墨電極。如圖 6(b)所示，電解過(guò)程中色度的降低速率對比結果為：自制氧化錫電極>氧化鉛電極>釕銥電極>銥鉭電極>石墨電極。不同的電極具有不同的直接氧化和間接氧化的能力，氧化錫電極具有很高的析氧電位，以上實(shí)驗表明自制氧化錫電極具有相對較高的電解效率。
圖 6 不同電極電解處理廢水過(guò)程中的對比
采用自制氧化錫電極，NaCl添加質(zhì)量濃度為2 g/L，電流密度20 mA/cm2，極距10 mm以及pH=4的最優(yōu)條件下，電解120 min后COD從680 mg/L降至88 mg/L，去除率為87%;色度從2 800倍降至80倍，去除率為97%。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4 結論
最佳酸析pH為2~4，酸析絮凝過(guò)濾后，SS降至20~30 mg/L，COD去除率為80%左右，色度降30%左右;添加NaCl可加速COD和色度電解氧化，綜合考慮，NaCl最佳添加質(zhì)量濃度為2 g/L;電流密度越大，電解速度越快，考慮能耗因素，最佳電流密度為20 mA/cm2;極距小有利于提高電解效率，但極距過(guò)小在實(shí)際的電解設備中容易短路，綜合考慮，最佳極距為10 mm;最佳電解pH在2~6，因酸析的最佳pH在2~4，故選最佳電解pH為4;電極的電解效率：自制氧化錫電極>氧化鉛電極>釕銥電極>銥鉭電極>石墨電極。
采用自制氧化錫電極，NaCl添加質(zhì)量濃度為2g/L，電流密度20mA/cm2，極距10mm以及pH=4的最優(yōu)條件下，電解120 min后COD去除率為87%，色度去除率為97%
