三维电极反应器处理苯酚模拟焦化废水的实验研究_许宁

煤矿环保《洁净煤技术》2009年第15卷第1期三维电极反应器处理苯酚模拟焦化废水的实验研究许宁1,2,陶秀祥2,赵亮1(1.安徽宿州学院化生系,安徽宿州234000;2.中国矿业大学化工学院,江苏徐州221008)摘要:采用自制活性炭填充的三维电极反应器,对苯酚电化学降解过程中槽电压、电解时间、初始pH、粒子电极大小、辅助电解质浓度等主要影响因素进行了研究,得出了这些主要影响因素与苯酚去除率之间的关系。实验表明,在槽电压6V、不调节pH、粒子电极粒径为2.360～4.750mm、氯化钠浓度1g/L、进水浓度500mg/L的情况下,电解60min,苯酚去除率高达80%以上。并且苯酚在三维电极反应器内的降解反应符合一级反应动力学模型,反应速率常数为0.0220min-1。关键词:三维电极;苯酚;焦化废水中图分类号:X784文献标识码:B文章编号:1006-6772(2009)01-0100-03收稿日期:2008-10-17基金项目:博士点基金项目(20020290006);中国矿业大学科学基金项目(E200407);煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室开放基金项目(CPEUKF06-12)作者简介:许宁(1982-),男,河北大城人,2008年毕业于中国矿业大学获工学硕士学位,主要研究方向为环境生物技术。焦化废水是炼焦行业所产生的一种成分复杂、高毒性、难生物降解的高浓度煤化工废水,其中酚类物质含量高达60%以上[1],对环境危害极大。三维电极法是一种新型的电化学处理技术。与传统的二维电极相比,三维电极极大扩展了电极表面积,传质速度及反应速度快,电流效率和时空效率高[2]。考虑到酚类在焦化废水中的普遍存在性,笔者采用自制三维电极反应器处理苯酚模拟废水,考察不同因素对苯酚去除率的影响。1实验部分1.1水样配制500mg/L的苯酚溶液,实验中用HCl调节pH。1.2实验装置自制三维电极反应器,体积500mL,主电极为10cm×5cm不锈钢板,电极间距为10cm。填料采用在水样中吸附饱和的活性炭颗粒,填充量为30g(干重)。外加电压以直流稳压方式供给。每次加入水样的量为300mL。1.3实验方法将水样调节到一定pH,加入一定量的辅助电解质,取300ml倒入反应器中,接通电源,同时通入压缩空气,通气量1.5L/min,电解一定的时间后,取样于干燥的烧杯中,静置除去不溶物,测定其苯酚浓度。苯酚浓度采取4-氨基安替比林直接光度法测定[3]。2结果与讨论2.1主要影响因素对降解效果的影响(1)外加电压的影响不同槽电压下苯酚去除率的变化趋势如图1所示。由图1可以看出,苯酚去除率开始随电压的增大而明显增大,但电压超过6V后,有机物去除率的增大变得不明显,甚至有所降低。100DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.2009.01.015煤矿环保全国中文核心期刊矿业类核心期刊《CAJ-CD规范》执行优秀期刊三维电极反应器处理苯酚模拟焦化废水的实验研究图1外加电压对苯酚去除率的影响注:未调节pH;电极粒径2.360～4.750mm;NaCl浓度1g/L一般来说,电解液相与粒子电极之间的电位差是电化学反应的驱动力[4]。电位差越大,电极反应速率越大,但副反应发生的几率和速率也随之增大,如阳极析氧和阴极析氢反应,钢板主电极的腐蚀反应等。为了考察苯酚挥发对实验结果的影响,进行了单纯曝气实验。水样经过2h曝气,苯酚浓度改变仅为1.2%,可以忽略由于通入空气产生的苯酚挥发对实验结果的影响。(2)电解时间对降解效率的影响不同电解时间下苯酚去除率的变化趋势如图2所示。图2电解时间对苯酚去除率的影响注:槽电压6.0V;未调节pH;电极粒径2.360～4.750mm;NaCl浓度1g/L由图2可见,苯酚去除率在前60min内升高比较明显,此后,曲线趋于平缓。这主要由于在初始的一段时间内体系的苯酚浓度较高,浓差极化影响不显著。而60min后体系中大部分的苯酚已经被去除,浓差极化影响越来越显著。另外随着反应时间的增加,由主电极溶出的Fe2+形成的铁类絮凝物的量不断增加,污染电极。(3)初始pH值对降解效果的影响pH值对苯酚降解率的影响如图3所示。实验结果表明,在酸性条件下苯酚的降解效果比碱性和中性条件下要好。一般认为,主要是电解过程中产生的H2O2和氧化性极强的·OH使有机物降解[5]。在酸性环境下阴极的铁与氢离子反应而生成二价铁离子,铁离子又与生成的H2O2形成Fenton试剂,形成电-图3pH对苯酚去除率的影响注:槽电压6.0V;电极粒径2.360～4.750mm;NaCl浓度1g/LFenton作用。一般来说,Fenton反应须在酸性条件下进行,pH升高不仅抑制了反应中·OH的产生,而且使溶液中的Fe2+离子以氢氧化物的形式沉淀下来而失去催化能力。