离子膜电解法降解苯胺硝基苯废水的研究_康娟

第29卷第12期2006年12月环境科学与技术离子膜电解法降解苯胺硝基苯废水的研究康娟,徐泽林,陶阳宇,赵玉明(南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京210093)摘要:文章采用离子膜电解法对低浓度苯胺、硝基苯废水进行处理,对影响降解效果的几种因素进行了研究。实验结果表明:在常温,电压为4V,pH值为3时,电解0.5h苯胺去除率可达98.0%,硝基苯去除率为65.3%;4.5h后苯胺去除率可达99.7%,硝基苯去除率可达90.3%,TOC去除率为91.8%。同时,离子交换膜的加入还能去除废水中的盐分,为后续生化处理提供了有利条件。关键词:苯胺;硝基苯;阳离子交换膜;电解中图分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:1003-6504(2006)12-0020-02随着印染、化工、农药和医药等多种工业的发展,苯胺、硝基苯等芳香烃类化合物作为重要的化工原料,用量也越来越多,同时,这些行业也排放出了大量含苯胺、硝基苯废水。苯胺、硝基苯的工业废水,一般成份较为复杂,含盐量较高,难生物降解,具有生物积累性以及“致癌、致畸、致突变”作用。因此,有效降解废水中苯胺、硝基苯类化合物对于保护环境和人类健康有着重要的意义。目前处理苯胺、硝基苯废水的方法主要包括:物理法(吸附、萃取和汽提)、催化氧化法、电解法和生物法,但是在处理效果和经济等方面存在着缺陷[1-2]。江苏某染料化工厂采用微电解-生化法处理苯胺、硝基苯废水,对苯胺、硝基苯总去除率分别为97%、98%,且不能稳定达标排放。离子交换膜电解技术是以离子交换膜作隔膜的隔膜电解技术,已经在氯碱工业中实现工业化并得到了广泛的应用,在环境工程领域也逐步显示了巨大的潜力。本文采用离子膜电解法对低浓度苯胺、硝基苯废水进行预处理,大大地降低了苯胺、硝基苯浓度,而且隔膜的加入还起到脱盐的作用,有利于后续生化处理。1实验部分1.1实验试剂及装置以化学纯苯胺、硝基苯及适量氯化钠,用蒸馏水配制成模拟废水,作为试样(阳极液),试样中苯胺、硝基苯浓度分别为199.3mg/L、173.3mg/L;阴极液为0.5%的NaOH溶液。电解装置:电极为钛涂稀有金属电极(阳极)、自制不锈钢电极(阴极),网状;膜为聚乙烯异相离子交换阳膜(3361BW);磁力驱动泵(2台);转子流量计(2个);pH计(进口PE-33S);超级恒温槽。1.2实验原理本实验借助离子交换膜的隔离作用,在外加直流电场作用下,通过阳极的催化氧化作下使苯胺、硝基苯氧化;另一方面,离子交换膜还具有选择透过性,能选择地使部分离子(如H+、Na+)通过阳离子交换膜迁移到阴极,在两个电极上发生电化学反应。阳室中发生水的电离,产生的H+补充转移出的阳离子,OH-放电会能在阳极产生一些具有氧化作用的物质,能大大提高苯胺、硝基苯的降解效果,同时还能对苯胺、硝基苯废水起到脱盐的作用,见图1。水解反应式如下:水电离:H2O=H++OH-阳极:2H++2e=H2↑阴极:4OH--4e=2H2O+O2↑1.3实验方法取自配的苯胺、硝基苯废水400mL,低浓度碱液400mL,分别置于主装置的阳极区与阴极区,用磁力驱动泵循环,通电进行反应。反应时间为4.5h,分别在0.5h、2.0h、4.5h时采样,测定各个样品的TOC、苯胺、硝基苯浓度,分析苯胺、硝基苯的降解效率。1.4分析方法苯胺、硝基苯浓度测定:Agilent6890气相色谱分析仪;TOC的测定:TOC2000A测定仪。2结果与讨论2.1操作电压对苯胺硝基苯降解效率的影响实验条件温度:常温;作者简介:康娟(1982-),女,硕士,主要研究方向为水污染控制,清洁生产技术等,(电子信箱)juankang82@yahoo.com.cn。20··DOI:10.19672/j.cnki.1003-6504.2006.12.009流速:40L/h;pH值:6;电压:3.0V、4.0V、5.0V。如图2所示。操作电压为4V、5V时,苯胺、硝基苯降解率明显高于操作电压为3V时,但操作电压为4V、5V时的降解率相差不大。根据实验效果并考虑能耗,选择操作电压为4.0V进行进一步探索性实验。2.2pH值对苯胺硝基苯降解效率的影响实验条件温度:常温;流速:40L/h;电压:4V;加酸调节阳极液pH值分别为3、6、9,见图3。实验结果表明:阳极区电解液的酸碱度对苯胺降解率的影响大于硝基苯,但酸性条件下苯胺、硝基苯的降解速率和降解率都高于碱性。2.3反应温度对苯胺硝基苯的降解效率的影响实验条件pH值:3;流速:40L/h;电压:4V;温度:20℃、40℃、60℃,见图4。由实验结果可以看出,温度对苯胺、硝基苯废水的处理效果影响不大,温度升高,硝基苯降解效果稍微有所增大。2.4反应时间对苯胺硝基苯降解效果的影响根据前面的实验结果可以看出,