電化學(xué)氧化耦合納米催化微電解技術(shù)處理腈綸廢水的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究

程 迪，邱 峰，李長(zhǎng)波，馬會(huì)強(qiáng)，周 磊，李 卓，辛 鑫，高 璇

(遼寧石油化工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001)

腈綸廢水屬于難降解有毒工業(yè)廢水，濃度高，毒性大[1]。目前采用的生化處理工藝難以使腈綸廢水達(dá)標(biāo)排放，在研的多種物化和生化組合處理工藝工業(yè)應(yīng)用前景不明朗[2]。電化學(xué)氧化[3]耦合納米催化[4，5]微電解技術(shù)是一種新的廢水處理方法，它通過(guò)析氯電極產(chǎn)生的強(qiáng)氧化劑結(jié)合納米催化技術(shù)來(lái)降解和消除廢水中有機(jī)物，在處理腈綸廢水時(shí)作用顯著。作者在此以撫順腈綸廠生化池出水為研究對(duì)象，以CODCr和NH3-N去除率為考核指標(biāo)，對(duì)電化學(xué)氧化耦合納米催化微電解技術(shù)處理腈綸廢水進(jìn)行了靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)用水及儀器

實(shí)驗(yàn)用水為撫順腈綸廠生化池出水。其CODCr濃度為227 mg·L-1、NH3-N濃度為110 mg·L-1。

納米催化微電解槽，波鷹(廈門)科技有限公司。采用納米催化鈦基陽(yáng)極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

1.2 方法

腈綸廢水存放于進(jìn)水桶中，經(jīng)蠕動(dòng)泵提升后進(jìn)入電解槽，調(diào)節(jié)電流強(qiáng)度、水力停留時(shí)間、電解質(zhì)投加量等參數(shù)，反應(yīng)一定時(shí)間后取出水樣，測(cè)定CODCr、NH3-N濃度。由于本實(shí)驗(yàn)屬于靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，是動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，因此各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置比較小。流程圖如圖1所示。

圖1 靜態(tài)實(shí)驗(yàn)流程圖

1.3 分析測(cè)試

CODCr采用重鉻酸鉀滴定法(GB 11914-89)測(cè)定；NH3-N采用納氏比色法(GB 7479-87)測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 CODCr去除效果

2.1.1 電流強(qiáng)度對(duì)CODCr去除效果的影響(圖2)

圖2 電流強(qiáng)度對(duì)CODCr去除率的影響

由圖2可以看出，電流強(qiáng)度對(duì)CODCr的去除有一定的影響，隨著電流強(qiáng)度的增大，CODCr濃度由原水的227 mg·L-1降至173 mg·L-1，去除率為23.8%。這是因?yàn)?，在?shí)驗(yàn)過(guò)程中，析氯電極電解時(shí)會(huì)產(chǎn)生Cl2，使電極板出現(xiàn)大量的氣泡，造成電流效率的降低；同時(shí)溶液中HClO等強(qiáng)氧化中間體的增加，加速了廢水中有機(jī)物的降解，從而提高了CODCr去除率。由于靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的電流強(qiáng)度不易過(guò)大，因而CODCr去除率比較低，進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)，CODCr去除率會(huì)因?yàn)榱鲃?dòng)性而有所提高。

2.1.2 水力停留時(shí)間對(duì)CODCr去除效果的影響(圖3)

圖3 水力停留時(shí)間對(duì)CODCr去除率的影響

由圖3可以看出，水力停留時(shí)間對(duì)CODCr的去除影響顯著，隨著水力停留時(shí)間的延長(zhǎng)，CODCr濃度由原水的227 mg·L-1大幅降至80 mg·L-1；當(dāng)水力停留時(shí)間達(dá)到10 min時(shí)，去除效果較好，CODCr去除率達(dá)到64.76%，滿足GB 8978-1996中一級(jí)排放指標(biāo)(CODCr≤100 mg·L-1)。這是因?yàn)椋娀瘜W(xué)氧化反應(yīng)的特點(diǎn)是以電極為媒介，污染物必須首先吸附于電極表面，然后放電，而電極表面的活性位數(shù)量是一定的，因此，在不考慮非目標(biāo)污染物競(jìng)爭(zhēng)的情況下，當(dāng)電極表面吸附達(dá)到飽和時(shí)，電極對(duì)污染物的反應(yīng)速率即達(dá)到極限值；此時(shí)，增大進(jìn)水濃度也無(wú)法繼續(xù)提高反應(yīng)速率；而在反應(yīng)速率達(dá)到極限值之前，增大進(jìn)水濃度會(huì)加快反應(yīng)速率，但是參加反應(yīng)的污染物數(shù)量占總量的比例下降，也會(huì)使去除率下降。

2.1.3 電解質(zhì)投加量對(duì)CODCr去除效果的影響

靜態(tài)實(shí)驗(yàn)采用的是析氯電極，以NaCl作為電解質(zhì)。當(dāng)電流強(qiáng)度為3 A時(shí)，考察電解質(zhì)投加量對(duì)CODCr去除效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 NaCl投加量對(duì)CODCr去除率的影響

由圖4可以看出，NaCl投加量對(duì)CODCr的去除影響不大，當(dāng)NaCl投加量為3‰時(shí)，CODCr濃度由原水的227 mg·L-1降至194 mg·L-1，去除率僅為14.5%。

2.2 NH3-N去除效果

2.2.1 電流強(qiáng)度對(duì)NH3-N去除效果的影響(圖5)

圖5 電流強(qiáng)度對(duì)NH3-N去除率的影響

由圖5可以看出，電流強(qiáng)度對(duì)NH3-N的去除有一定的影響，隨著電流強(qiáng)度的增大，NH3-N濃度由原水的110 mg·L-1大幅降至10 mg·L-1，去除率達(dá)到90.9%。這是因?yàn)椋诜磻?yīng)過(guò)程中，由于電極對(duì)NH3-N的電化學(xué)氧化能力不斷增強(qiáng)，NH3-N除了大部分被氧化為N2外，部分轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮等其它形式的氮，因此提高了NH3-N的去除率，動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)，效果會(huì)更加顯著。相對(duì)于CODCr去除，電流強(qiáng)度對(duì)NH3-N去除的影響更大。

2.2.2 水力停留時(shí)間對(duì)NH3-N去除效果的影響(圖6)

圖6 水力停留時(shí)間對(duì)NH3-N去除率的影響

由圖6可以看出，水力停留時(shí)間對(duì)NH3-N影響顯著，隨著水力停留時(shí)間的延長(zhǎng)，NH3-N濃度由原水的110 mg·L-1大幅降至3.3 mg·L-1，去除率達(dá)到97%，去除效果非常好。與CODCr去除相比，NH3-N去除的最佳時(shí)間(8 min)提前了2 min，但是去除效果好很多。這是因?yàn)椋S著水力停留時(shí)間的延長(zhǎng)，水中Cl-濃度相應(yīng)增加，提高了間接電化學(xué)氧化氨氮的能力，致使NH3-N去除率升高。相對(duì)于CODCr去除，水力停留時(shí)間對(duì)NH3-N去除的影響更大。

2.2.3 電解質(zhì)投加量對(duì)NH3-N去除效果的影響

當(dāng)電流強(qiáng)度為3 A時(shí)，考察電解質(zhì)NaCl投加量對(duì)NH3-N去除效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 NaCl投加量對(duì)NH3-N去除率的影響

由圖7可以看出，NaCl投加量對(duì)NH3-N的去除有一定的影響，當(dāng)NaCl投加量為5‰時(shí)，NH3-N濃度由原水的110 mg·L-1大幅降至5.2 mg·L-1，去除率達(dá)到95.27%。這是因?yàn)椋都覰aCl在腈綸廢水中引進(jìn)了Cl-，同時(shí)由于HClO強(qiáng)氧化劑的存在，加速了電化學(xué)氧化氨氮的速度，造成NH3-N濃度下降、去除率上升。相對(duì)于CODCr去除，NaCl投加量對(duì)NH3-N去除的影響更大。

3 結(jié)論

靜態(tài)實(shí)驗(yàn)中，電化學(xué)氧化耦合納米催化微電解技術(shù)對(duì)腈綸廢水中NH3-N的去除效果明顯，且受到電流強(qiáng)度、水力停留時(shí)間和電解質(zhì)投加量三個(gè)因素的影響；對(duì)CODCr的去除效果不佳，受水力停留時(shí)間的影響比較顯著，當(dāng)水力停留時(shí)間為10 min時(shí)，出水CODCr濃度能滿足GB 8978-1996中一級(jí)排放指標(biāo)(CODCr≤100 mg·L-1)。為進(jìn)一步的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

[1] 李艷華，楊鳳林，張捍民，等.內(nèi)電解-Fenton氧化-膜生物反應(yīng)器處理腈綸廢水[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2008，28(3)：220-224.

[2] 李凌波，韓叢碧，周艷紅.氣相色譜-質(zhì)譜法分析腈綸聚合廢水中的有機(jī)組分[J].質(zhì)譜學(xué)報(bào)，2009，30(Z)：241-243.

[3] 王輝，王建中，張萍.電化學(xué)氧化法處理難降解有機(jī)廢水的研究進(jìn)展[J].寶雞文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，24(4)：279-283，318.

[4] 何秋梅，葉金玲.用于汽車尾氣處理的納米催化技術(shù)[J].廣州化工，2006，34(3)：14-16.

[5] 蔡衛(wèi)權(quán)，李會(huì)泉，張懿，等.納米催化技術(shù)用于空氣凈化[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2004，5(4)：58-61.