铝电极电凝法高效去除石油工业废水中钴的工艺优化与动力学研究

本研究针对石油精炼废水中钴污染问题，采用电凝法（EC）结合响应面法（RSM）优化处理工艺。研究人员通过铝电极EC系统，探究了pH、电流密度（15 mA/cm2 ）和时间（40 min）对钴去除效率（99%）的影响，同步实现TOC、酚类等污染物协同去除，能耗低至26.76 kWh/m3 ，为工业废水处理提供高效绿色方案。

　　

石油工业废水中的钴污染因其高毒性和生物累积性成为环境治理难题。尽管化学沉淀、吸附等技术能有效去除重金属，但存在污泥产量大、成本高等瓶颈。电凝法（Electrocoagulation, EC）因其无需添加化学药剂、污泥量少等优势受到关注，但针对真实工业废水中钴的去除机制及多污染物协同处理研究仍不足。

为解决上述问题，研究人员以伊拉克Al-Dora炼油厂的废碱液为对象，采用铝电极EC系统开展研究。通过响应面法（Response Surface Methodology, RSM）优化电流密度（5-15 mA/cm²
）、pH（4-8）和时间（20-60 min）等参数，建立二次动力学模型，并分析钴浓度衰减规律。研究证实，电流密度对钴去除贡献率达61.12%，最优条件下可实现99%的钴去除率，同时显著降低TOC（77%）、酚类（98%）和硫化物（74.5%）。

关键技术包括：1）Box-Behnken实验设计构建多因素交互模型；2）原子吸收光谱法监测钴浓度；3）一级动力学拟合分析污染物衰减规律。

研究结果显示：

1. BBD实验结果：电流密度15 mA/cm²
   、pH 8、时间40 min时，钴去除效率达96%，模型预测与实验值吻合（R²
   =0.9852）。
2. 参数影响机制：高pH（8）促进Al(OH)₃
   絮体形成和Co(OH)₂
   沉淀，电流密度提升加速铝阳极溶解，但需控制电极钝化。
3. 协同处理效果：EC同步去除硫化物（210 ppm→54 ppm）和有机污染物，证实其多机制（吸附、氧化还原）协同作用。
4. 动力学分析：钴浓度衰减符合一级动力学（k=0.112 min^-1
   ，R²
   =0.999），与铝氢氧化物生成速率直接相关。

该研究创新性地将EC应用于真实石油废水处理，通过RSM优化显著降低能耗（26.76 kWh/m³
），为工业废水一体化处理提供技术支撑。未来可进一步探索电极材料改性（如脉冲电流）以提升经济性。论文发表于《South African Journal of Chemical Engineering》，为重金属污染控制领域提供了重要参考。