王沖

(吉林東北煤炭工業(yè)環(huán)保研究有限公司吉林長春 130062)

有機(jī)污染物在電化學(xué)反應(yīng)器中電化學(xué)降解過程研究

王沖

(吉林東北煤炭工業(yè)環(huán)保研究有限公司吉林長春 130062)

本文研究環(huán)氧丙烷皂化廢水在濾壓式電化學(xué)反應(yīng)器中的電催化氧化降解過程。提高電流密度能提高降解速率，但增加了能耗，綜合考慮最佳的電流密度是10mA/cm2。

電催化氧化；環(huán)氧丙烷；工業(yè)廢水；濾壓式電化學(xué)反應(yīng)器

隨著電催化氧化技術(shù)在污水凈化[1]、垃圾滲濾液[2]、制革廢水[3]、印染廢水[4]、煉油廢水[5,6]等領(lǐng)域的應(yīng)用研究，使人們對(duì)電化學(xué)技術(shù)處理廢水的期待更加迫切。本文根據(jù)環(huán)氧丙烷皂化廢水的氯離子濃度高，導(dǎo)電性強(qiáng)特點(diǎn)提出了間接電氧化法降解廢水中的有機(jī)物污染物的思路，研究環(huán)氧丙烷皂化廢水在濾壓式電化學(xué)反應(yīng)器中的電催化氧化降解過程，并討論相關(guān)因素對(duì)有機(jī)污染物降解過程的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

循環(huán)電解實(shí)驗(yàn)在濾壓式電化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行。陽極為網(wǎng)狀DSA型電極，陰極為Ti網(wǎng)，每塊電極面積為3×3cm2，兩極間距可調(diào)。待處理廢水為250cm3，電解系統(tǒng)進(jìn)行恒電流電解，可調(diào)節(jié)電流密度。柱狀顆?；钚蕴孔鳛樘畛淞Ｗ樱畛溆趦蓸O板之間。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 環(huán)氧丙烷皂化廢水的預(yù)處理

向環(huán)氧丙烷廢水中加入純堿（Na2CO3）溶液和二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳酸鈣（CaCO3），并調(diào)節(jié)pH至中性，反應(yīng)方程式如下：

1.2.2 電化學(xué)氧化法處理環(huán)氧丙烷皂化廢水

整個(gè)電催化氧化裝置由直流電源、濾壓式電化學(xué)反應(yīng)器及附件組成。實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行，貯槽中加入待處理的0.25L的廢水，電解液通過磁力泵進(jìn)入反應(yīng)器，轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)流速，待反應(yīng)器中的流動(dòng)穩(wěn)定后，設(shè)定電流至所需值后接通電源，開始計(jì)時(shí)，每隔一段時(shí)間取樣測(cè)定有機(jī)物含量和COD。

1.3 COD的測(cè)定方法

采用重鉻酸鉀法測(cè)定(GB11914-1989)。在測(cè)定水樣時(shí)，由于環(huán)氧丙烷皂化廢水的含鹽量和氯離子濃度較高，進(jìn)行COD測(cè)定時(shí)，需要將水樣稀釋。通過多次平行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氯離子濃度超過1000mgL/時(shí)，存在的誤差比較大，因此將水樣氯離子稀釋到1000mg/L以下，再用硫酸汞做掩蔽劑。

1.4 主要計(jì)算公式

1.4.1 COD去除率

上式中：COD0——處理前廢水的COD值(mg·L-1)；CODt——電解時(shí)間為t時(shí)廢水的COD值(mg·L-1)；ΔCOD%——COD去除率。

1.4.2 能耗

上式中：W 為能耗（J）；U 為電壓（V）；I為電流（A）；t為電解時(shí)間（s）。

2 結(jié)果與討論

2.1 電解時(shí)間對(duì)去除COD效果的影響

取0.25L經(jīng)預(yù)處理的廢水，電極間距=15mm，電流密度30mAcm-2，流量4L/h，陽極采用網(wǎng)狀Ru-Ti-Sn電極，陰極為Ti網(wǎng)，每塊電極面積為3×3cm2，溫度為室溫，考察電催化氧化法對(duì)廢水中COD的去除效果，見圖1。在反應(yīng)過程中，反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生大量的氯氣。電解氧化法去除COD是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)過程，不僅存在電極表面上的直接電氧化，而且存在以Cl-/Cl2或Cl-/ClO-為媒介的間接電氧化過程。廢水中氯離子的濃度為10.968g/L，電解過程中會(huì)產(chǎn)生Cl2、ClO-，它們是強(qiáng)氧化劑，有助于降低水中的COD濃度。從圖1可以明顯看出，前1hCOD迅速下降，但1h后，COD又升高，說明生成了中間產(chǎn)物使廢水的COD升高，在2h后COD又開始迅速降低，在7h后COD全部去除，同時(shí)也可以說明電催化氧化法可以有效降低廢水中的COD。

圖1 COD去除率隨時(shí)間的變化

2.2 電流密度的影響

實(shí)驗(yàn)初步考察了電流密度對(duì)COD和去除效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。在反應(yīng)的初始階段COD的降解速率是30mA/cm2>50mA/cm2>10mA/cm2，電流密度對(duì)廢水電化學(xué)降解影響主要有兩方面：增大電流密度一方面可使電極的工作表面得到充分利用，電生成活性氧化中間體的濃度增大，有利于電化學(xué)氧化進(jìn)程；另一方面，高電流密度下，電極極化現(xiàn)象和鈍化加劇，并且、析氧副反應(yīng)也不斷加強(qiáng)，降低了電解效率和處理效果。但50mA/cm2時(shí)，COD完全降解所需的時(shí)間是最少，這是因?yàn)殡娀瘜W(xué)反應(yīng)的速率由電流密度的大小決定。電流密度的提高，意味著單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子多，總的反應(yīng)速度也相應(yīng)提高。但電流密度增大會(huì)導(dǎo)致槽電壓升高、使能耗上升。表1是列出不同電流密度下降解效果，從能耗角度考慮不宜選擇過大電流密度，最優(yōu)的電流密度是10mA/cm2。

圖2 不同電流密度下COD去除率隨時(shí)間的變化

表1 不同電流密度條件下的能耗

3 結(jié)論

（1）使用DSA型陽極、Ti陰極和濾壓式電化學(xué)反應(yīng)器構(gòu)成的電解處理體系處理實(shí)際環(huán)氧丙烷皂化廢水，循環(huán)電解實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，利用電催化氧化技術(shù)處理環(huán)氧丙烷皂化廢水，降解廢水中的有機(jī)污染物是可行的。（2）闡述了電化學(xué)處理廢水的過程中電流密度對(duì)有機(jī)物降解過程的影響，增加電流密度能提高降解速率，但同時(shí)也增加了能耗，綜合考慮最佳的電流密度是10mA/cm2。

[1]B.N.伊寧等.從工業(yè)污水中回收有色金屬的電化學(xué)浮選工藝和設(shè)備[J].國外金屬礦選礦,2004,1:38-40．

[2]李庭剛,陳堅(jiān).電化學(xué)氧化法處理高濃度垃圾滲濾液的研究[J].上海環(huán)境科學(xué),2003,22(12):892-897．

[3]徐澤民,李波,張新申.介體電化學(xué)氧化法測(cè)定制革廢水COD[J].中國皮革,2005,34(9):28-31．

[4]雷陽明,申哲民,賈金平等.電化學(xué)氧化法和高鐵混凝法處理染料廢水的研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2006,29(2):75-76．

[5]徐紅,劉德佳,姜梅等.電化學(xué)氧化-超濾組合工藝在煉油廠水處理中的應(yīng)用[J].石油煉制與化工,2006,37(7):62-66．

[6]林海波,張恒彬,孫治權(quán)等.電催化氧化法降解煉油廠外排廢水COD的研究[J].工業(yè)用水與廢水,2004,35(6):31-34．