韓冬妮

（江蘇誠智工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司 江蘇徐州 221018）

引言

填充床電極反應(yīng)器（Packed-bed Electrode Reactor,PBER，俗稱三維電極）的出現(xiàn)統(tǒng)一解決了傳統(tǒng)反應(yīng)器存在的反應(yīng)面積和傳質(zhì)距離所引發(fā)的問題，可強(qiáng)化該反應(yīng)器的電催化氧化效果。

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果并考慮所選擇材料工程可行性確定了PBER的最優(yōu)構(gòu)型，即IrO2-Ta2O5/Ti陽極和AC填料，并對反應(yīng)器操作條件中的進(jìn)水流速進(jìn)行了優(yōu)化分析，以提高難降解有機(jī)廢水處理效果。

廢水的流速直接決定廢水在反應(yīng)器中的停留反應(yīng)時(shí)間，流速越小，反應(yīng)時(shí)間越長，有機(jī)物可以得到更為徹底的氧化。但對于反應(yīng)后期較低濃度的廢水，一味延長停留時(shí)間，會(huì)增加副反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致電流效率和能耗的下降。增加流速在一定程度上可以增加液相的湍流，從而強(qiáng)化傳質(zhì)過程。而且快速運(yùn)動(dòng)的液流有可能把副反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡帶出床層，避免其在金屬極板及填料表面累積成大氣泡，減少反應(yīng)面積。

在電流密度80A/m2、3%(質(zhì)量濃度，w/w)Na2SO4、原水苯酚濃度600mg/L的條件下，改變進(jìn)水流速進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

比較不同流速的出水處理情況可得，當(dāng)流速在適宜的范圍內(nèi)，有機(jī)物去除率相差不大，與流速基本無關(guān)。尤其是在t<1.68h時(shí)，0.6L/h和0.8L/h的出水COD去除率基本一致。這可能由于適宜流速下，有機(jī)物氧化進(jìn)程處于反應(yīng)控制狀態(tài)，所施加的電流均用于降解污染物，使得有機(jī)物去除量保持為定值。但當(dāng)流速超出范圍，如為1.1L/h時(shí)，有機(jī)物去除率表現(xiàn)為大幅度下降，雖然按照理論分析，反應(yīng)進(jìn)程仍應(yīng)處于反應(yīng)控制狀態(tài)，但由于過大的流速可能使得有機(jī)物無法在短時(shí)間內(nèi)固著在填料上，而很難發(fā)揮填料拓展陽極的作用，污染物將會(huì)隨出水流出反應(yīng)器，致使處理效果下降。

苯酚的去除率變化與COD去除率變化趨勢相同，對比可以看出，在1.68h之前，流速0.6L/h的苯酚去除率均高于流速為0.8L/h的苯酚去除率，兩者的COD去除率是基本相同的。大分子苯酚在電催化氧化過程中被降解為苯醌、乙二酸等小分子，再被降解為二氧化碳和水，從而完成COD的去除。出現(xiàn)上述現(xiàn)象，是因?yàn)樵谔畛浯搽姌O反應(yīng)器的床層中小分子的轉(zhuǎn)移更容易發(fā)生。流速為0.8L/h時(shí)，苯酚降解生成的小分子在高流速下迅速轉(zhuǎn)移到反應(yīng)界面被降解，而苯酚本身并不能快速完成遷移。

各個(gè)時(shí)段的平均電流密度及能耗如圖1-1所示，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)進(jìn)入復(fù)相及擴(kuò)散控制狀態(tài)，副反應(yīng)的發(fā)生使平均電流效率呈下降趨勢。不同流速之間的ACE對比發(fā)現(xiàn)，流速為0.6L/h時(shí)電流效率較低，流速1.1L/h反應(yīng)后期ACE均略高于流速0.8L/h的。雖然流速較低時(shí)廢水的處理效果好，但電流利用率低，存在較大的能量浪費(fèi)。且三種流速下的ACE變化趨勢均較為相似，并且與圖1-1中電流密度為100A/m2的ACE變化曲線相似。這說明ACE的變化趨勢與電流密度相關(guān)，而與流速的變化關(guān)系不大。而且，能耗隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而逐漸提高，不同流速下電催化氧化過程的能耗變化趨勢相同。流速增加反應(yīng)所需的能耗隨之降低，但流速增加到某定值后繼續(xù)增加，處理成本將會(huì)提高；如流速1.1L/h的能耗高于流速0.8L/h的能耗?？芍娏髅芏群愣ㄖ?，流速對能耗的影響小于電流密度，三種流速下處理廢水4h的能耗均低于65kW·h/kgCOD，且相差不大。

圖1 流速對電流效率、能耗的影響

結(jié)語

綜上可以看出，在進(jìn)水流速為0.6L/h時(shí)，獲得了最高的苯酚及COD去除率，且其能耗和電流效率均與高流速下相差不大，故本實(shí)驗(yàn)綜合考慮電催化氧化效果，電流效果和能耗確定最佳的進(jìn)水流速為0.6L/h。