炭载Fe-2-三维电极法处理染料废

第31卷第9期2009年09月武汉工程大学学报J.WuhanInst.Tech.Vol.31No.9Sep.2009收稿日期:2009203212作者简介:魏毅(19832),男,湖北十堰人,硕士研究生.研究方向:环境工程.指导老师:汤亚飞,男,博士,教授,硕士生导师.研究方向:环境工程.文章编号:167422869(2009)0920035203活性炭载Fe2+三维电极法处理染料废水魏毅,汤亚飞,明勇(武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北武汉430074)摘要:采用以载Fe2+活性炭为第三极的三维电极法电催化氧化处理酸性大红模拟废水,并对该体系与二维电极法、三维电极法去除废水COD及色度的效率进行对比,同时考察了活性炭投加量及载Fe2+活性炭使用寿命.结果表明:载Fe2+活性炭三维电极法处理效率明显高于二维电极法和三维电极法,在适宜的条件下,该体系对酸性大红模拟废水的脱色率和COD去除率分别可达95%、85%以上,表现出良好的三维电极电解、Fenton试剂、吸附的协同效应.关键词:Fenton法;活性炭;三维电极;酸性大红中图分类号:X703文献标识码:A0引言染料废水的处理一直是令人困扰的问题,这类废水有机物含量中等,但生物难降解组分多,可生化性差,而且色度高.采用Fenton法处理染料废水,与一般生化法相比,具有效果好、设备简单等优点,因而成为近年来的研究热点之一.普通Fenton法存在2个缺点[1]:一是不能充分矿化有机物;二是运行时需消耗大量H2O2,且利用率不高.为此,人们转向类Fenton法的研究,如光Fenton法和电Fenton法等.电Fenton法的实质[2]是把用电化学法产生的Fe2+与H2O2作为Fenton法的持续来源.它与光Fenton法相比有以下优点[3]:a.自动产生H2O2的机制较完善;b.导致有机物降解的因素多,除羟自由基·OH的氧化作用外,还有阳极氧化和电吸附等.在传统的电生成Fenton试剂体系中,通常以铁作阳极[4],在电解过程中有大量的铁溶出,造成铁的浪费和二次污染.本试验用活性炭AC吸附Fe2+作催化剂(Fe/AC)取代电生Fe2+的方法,并形成三维电极体系,将电Fenton法和三维电极法相结合研究这种耦合法对模拟酸性大红废水的降解效果,通过调控投加载铁活性炭的量使Fe2+的催化功能最优化.1实验准备1.1实验材料a.主要实验药品:重铬酸钾、硫酸亚铁、无水硫酸钠(以上均为分析纯AR);模拟水样为500mg/L的酸性大红溶液,酸性大红为市售产品.b.活性炭载Fe2+催化剂制备方法.称取一定量的椰壳活性炭,用0.5mol/LNaOH溶液浸泡24h,蒸馏水浸泡、洗涤至中性;再用1mol/L盐酸浸泡24h后,用蒸馏水浸泡、洗涤至中性.静置过滤后置于110℃烘箱中烘干,将烘干后的活性炭在一定浓度的FeSO4溶液中浸泡一段时间,然后取出活性炭,在110℃烘箱中烘干,转移至自制管式炉中,在设定温度下焙烧一段时间,取出在室温下老化5h后备用[5].1.2实验装置与方法本实验采用无隔膜式有机玻璃电解槽,阳极采用RuO22Ti,阴极用钢板,电极有效面积142.8cm2,极间距为3cm.恒流泵回流,砂芯曝气.电解槽中投加无水硫酸钠以提高溶液的导电性.试验装置为自行设计,具体如图1所示.图1试验装置及水循环图Fig.1Experimentalequipmentandcirculationofwater通过传统二维电解实验,获得一组最佳实验36武汉工程大学学报第31卷条件为:电解水样200mL,电压10V,前曝气15min,电解时间90min,pH=4,电解质投加量2.0g,温度25℃.本实验通过向电解槽中投加一定量的活性炭催化剂,形成三维电极体系,对酸性大红废水进行降解.电解前,预曝气15min,调节各实验条件至最佳,测样品COD及其吸光度.UV2Vis扫描结果表明,酸性大红最大吸收波长为510nm.1.3结果测试COD测定采用快速消解分光光度法(HJ/T399-2007);吸光度采用722E型分光光度计测定.2结果及分析2.1载Fe2+活性炭充填量对比通过改变活性炭投加量,研究活性炭的加入量对酸性大红降解效果的影响.实验结果如图2～3所示.图2活性炭的加入量对COD去除效果对比图Fig.2InfluenceofACamountonCODremovalrate图3活性炭的加入量对脱色效果对比图Fig.3InfluenceofACamountonchromaremovalrate从图2、图3中可以看出随着活性炭投加量的增大,无论是从脱色率还是COD去除率都有显著提高,只是50g载铁活性炭吸光度测试结果较差,原因是椰壳活性炭在使用过程中会有一定的磨损,加之填充量较大,会使电解槽中部分电解沉淀物以及少量细颗粒炭