隔膜体系中阳极氧化_阴极电芬顿耦合处理焦化废水的研究_李海涛

第二章环境污染防治技术研究与开发隔膜体系中阳极氧化、阴极电芬顿藕合处理焦化废水的研究李海涛,,2李玉平`曹宏斌,李鑫钢,1.中国科学院过程工程研究所绿色过程与工程国家工程实验室北京101902.天津大学化工学院天津30X()72摘要在质子交换隔膜电解槽中采用石墨毡填充电极对焦化废水降解进行研究。以生化出水为研究对象,阴极电芬顿的最佳处理条件为:pH二2一3,eFZ夺=0.5一1mM,卜lomA,h2。阴极电芬顿和阳极氧化对COD去除率分别为6.9%和71.2%,电流效率分别为90%和92%。在连续式反应器中,最佳条件下,阳极氧化后COD=180一Zom『L、pH=2一3,再经过阴极电芬顿后COD小于lom岁L,pH=6一9,达到国家一级排放标准。阳极氧化和阴极电芬顿均能够有效去除酚类、苯类、含氮杂环、苯睛、苯并杂环类、多环芳烃等多种有机污染物。关健词电芬顿阳极氧化隔膜石墨毡电极焦化废水一、引言焦化废水是在煤制焦炭、煤气净化和焦化产品回收过程中所产生的含芳香族化合物与杂环化合物的典型的较难降解的有机工业废水。废水中污染物成分复杂,含有大量的无机物和有机物。无机污染物主要以氰化物、硫氰化物、硫化物、氨盐等为主;有机物主要有酚类物质、单环芳烃和多环芳烃以及含氮、硫、氧的杂环化合物。目前大多数的焦化厂均采用生化法处理焦化废水,由于焦化废水属于生物难降解有毒废水,经过生化处理后酚类和氨氮等污染物基本去除,但仍含有一些杂环或多环类有机污染物,最终出水的COD在20一400m岁L左右,很难达到国家排放标准。电化学技术是利用外加电场作用,在特定的电化学反应器内,通过一系列设计的化学反应、电化学过程或物理过程,从而氧化降解有机物的一种高级氧化技术。电化学氧化技术通常通过阳极直接氧化有机物或者通过生成氧化剂(如在含氯离子的废水中可以产生氯气或其他氯氧化物)间接降解有机物,目前常用的电极有石墨电极,DSA阳极,碳纤维电极等,由于在较高电压下容易产生析氧等副反应而导致电流效率较低,从而增大了处理成本,使电化学技术难于应用到大规模的废水处理。最近有人研究一种新型的电芬顿技术,即通过阴极还原溶解氧产生过氧化氢与外加或阳极生成亚铁离子发生芬顿反应产生经自由基来降解有机物。不过芬顿反应一般pH在2一4范围内对有机物去除效果较好,对于中性或偏碱性的焦化废水还需要加酸调节,处理后还要加碱中和才能排放,无疑增大了处理成本。本文基于前人的研究中存在的问题,提出采用阴、阳极隔开的方式,由于在隔膜体系中阳极pH降低,阴极pH升高,利用阳极反应产生的酸度可以满足阴极电芬顿反应的要求。从而开发一种新型的电化学反应装置以提高焦化废水处理效率并降低处理成本,有广泛的应用前景。二、实验部分(一)仪器与试剂石墨毡(北京卡博赛科技有限公司);Niaf。。1巧质子交换膜(美国杜邦公司);双恒电位仪(江苏电分析仪器厂);蠕动泵(保定兰格恒流泵有限公司);兰州连华COD快速消解仪和COD专用试剂(D和Eg试剂);美国助bethc公司UVZ仪X)一型双波束紫外可见分光光度计;气质联用(安捷伦6890气相色谱仪联用5975C四级杆质谱仪);电化学反应装置(自制有机玻璃电解槽)。二氯甲烷(进口HPCL级);其他所用化学试荆均为国产分析纯。中国环境科学学会学术年会论文集(2X(为)焦化废水来自北京某焦化厂,原水和经过实验室生物厌氧一缺氧一耗氧(A20)工艺处理后的主要水质参数见表1。表1焦化度水水质今数参数CODPHBOD}色度NH4一N电导率CI-单位m『Lm『L}稀释倍数m岁L比占/emm岁L原水180~2X(X)8~930~月叨},o一`o280~3207~9巧o~2《XX)A2030~礴加7~8<10}150一o2<17~9150~2以X)(二)实验方法c0Dcr测定采用Zcm比色皿在60nm测定消解液吸光度;氨氮采用按离子选择电极;电导率测定采用电导率仪;抓离子测定采用美国戴安公司Dx一50型离子色谱;气相色谱条件:色谱柱型号l例为15一43HP一SMs,进样口:250℃,进样量:1卜L不分流,载气:9.9%氮气,辅助加热区温度:280℃,升温条件:起始温度50℃(保持3.smi)n,10℃/而n,升温至3X()℃;质谱条件:全扫描模式,质量数范围:35一550,四级杆温度:150℃,离子源温度:230℃。样品制备方法:取ZomL样品用ormL二氯甲烷在pZH、7和12下各萃取3茨,合并萃取相后在40℃常压旋蒸至约5耐,用少量无水硫酸钠除水并经0.2卿微孔滤膜过滤,再经氮气吹扫低于1mL,用二氛甲烷定容至lmL。图1为序批式反应装置,主要用于阴、阳极分别条件优化研究,图2为连续式反应装置,是在图1实验的基础上进行连续运行的优化实验,其中阴、阳极区容积均为50mL,填充电极为石墨毡颗粒电极