極板材料對三維電極電Fenton法處理孔雀石綠廢水的影響

李旭光，鄭璐

極板材料對三維電極電Fenton法處理孔雀石綠廢水的影響

李旭光，鄭璐

（沈陽建筑大學 市政與環(huán)境工程學院，遼寧 沈陽 110168）

利用三維電極電Fenton法處理孔雀石綠廢水，通過比較兩種不同的極板材料對色度與COD的去除率的影響，確定使用哪種極板材料能夠更高效的處理廢水。

極板材料； 孔雀石綠廢水； 三維電極；電Fenton

目前，各國的工業(yè)水平正在快速增長，向水體中排放的廢水量也越來越大?？兹甘G作為偶氮染料的一種，在工業(yè)廢水的排放中占有重要的比例，其具有水質(zhì)水量波動大、色度高等特點[1]。

試驗以孔雀石綠印染廢水為目標污染物，用三維電極電Fenton耦合的方法處理廢水[2]，研究不同極板材料對體系處理效果的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

三維電極電Fenton試驗裝置由電動攪拌機、陰極電極板、陽極電極板、氣體流量計、電流表、直流穩(wěn)壓電源、空氣壓縮裝置等組成。

圖1 試驗裝置示意圖

三維電極電Fenton反應(yīng)裝置采用2000 ml的燒杯。陽極采用鐵板電極，陰極采用石墨板電極，尺寸均為20 cm長，6 cm寬，厚度為3 mm。

1.2 試驗用水

試驗選用孔雀石綠為處理對象，為更好的分析三維電極電Fenton系統(tǒng)對孔雀石綠的處理效果和控制參數(shù)，排除干擾因素，試驗選用自配染料廢水。將孔雀石綠與蒸餾水按一定濃度進行混合，并避光穩(wěn)定24 h后進行試驗，以孔雀石綠的COD去除率和色度去除率作為水質(zhì)指標，如下表所示。

表1 印染廢水常規(guī)水質(zhì)指標

1.3 實驗原理

試驗中，空氣壓縮機、轉(zhuǎn)子流量計、曝氣管以及曝氣頭組成了三維電極電Fenton系統(tǒng)的曝氣裝置，曝氣頭通過曝氣軟管與空氣壓縮機連接，并在中間設(shè)置轉(zhuǎn)子流量計，調(diào)節(jié)試驗所需的曝氣強度。在三維電極反應(yīng)器中，污染物被截留在粒子電極的表面，并在粒子電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，然而，當裝置長時間運行，污染物和降解過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物容易沉積和吸附在粒子電極表面，導致處理效果下降。曝氣裝置可以提供充足的氧氣，溶解氧在陰極發(fā)生電極反應(yīng)產(chǎn)生強氧化劑對污染物進行去除。同時，裝置采用電動攪拌的方式，攪拌槳同放置在裝置底部的曝氣頭產(chǎn)生的氣泡一起對粒子電極進行沖刷，并使粒子電極處于流動和分散的狀態(tài)。使溶液充分混合，曝氣均勻，防止粒子電極在底部堆積產(chǎn)生短路現(xiàn)象。

試驗采用兩種不同的極板材料—C/C電極與Fe/C電極—處理孔雀石綠廢水，通過比較色度與COD的去除率來觀察處理效果，從而確定使用哪種極板材料能夠在相同時間內(nèi)處理效果更佳。

2 實驗方法

2.1 C/C電極對孔雀石綠廢水的處理效果

在Fe/C電極電Fenton反應(yīng)器內(nèi)，鐵陽極能在電化學反應(yīng)中產(chǎn)生大量Fe2+，因此C/C電極需外加Fe2+產(chǎn)生電Fenton反應(yīng)，試驗控制極板間距為9 cm，初始pH值為3，電解電壓為14 V，Na2SO4電解濃度為5 g/L，曝氣強度為1 L/min，分別在C/C電極反應(yīng)器內(nèi)投加0.5、1.0、1.5、2.0 mmol/L Fe2+，研究外加Fe2+濃度對孔雀石綠印染廢水處理效果的影響，試驗結(jié)果見圖2。

圖2 外加亞鐵粒子濃度對孔雀石綠廢水處理效果的影響

根據(jù)Fenton反應(yīng)的反應(yīng)機理，發(fā)生Fenton反應(yīng)時，F(xiàn)e2+和H2O2之間存在著最佳的比例，［H2O2］:［Fe2+］低于或超過這個最佳比例時，都不能達到最好的處理效果[3]。秦潔瓊[4]等人研究了采用超聲-Fenton氧化法聯(lián)用的技術(shù)處理印染廢水，通過Fenton氧化的正交試驗分析，確定Fenton反應(yīng)的最佳反應(yīng)條件，在pH=4，F(xiàn)e2+濃度0.02 mol/L，H2O2濃度0.18 mol/L的條件下，COD和色度去除效果最佳。李新[5]等人研究了印染廢水中各類有機物在Fenton氧化過程中的去除效果，試驗表明［H2O2］:［Fe2+］為6:1~10:1時效果較好，當［H2O2］：［Fe2+］為10:1時，UV254、DOC和ADMI7.6去除率分別達到了77.00%、46.00%和94.00%。通過前面的試驗，C/C電極H2O2生成量為114.34 mg/L，當Fe2+投加量為1 mmol/L時，體系中［H2O2］:［Fe2+］接近10:1，此時Fenton反應(yīng)較為高效充分。當Fe2+投加量小于 1 mmol/L時，F(xiàn)enton體系中產(chǎn)生的·OH較少，不能對有機物產(chǎn)生較好的降解效果，當Fe2+投加量大于 1 mmol/L時，過量的Fe2+會消耗體系中的·OH，發(fā)生反應(yīng)Fe2++·OH → Fe3++ OH-，降低對有機物污染物的氧化去除效果[6]。因此，在Fe2+投加量為 1 mmol/L時，C/C電極的處理效果最好，色度去除率和COD去除率分別達到了43.24%和20.92%。

在C/C電極反應(yīng)器中外加Fe2+濃度1 mmol/L?？刂品磻?yīng)時間為180 min，每隔20 min對印染廢水出水進行取樣，進一步研究在不同反應(yīng)時間的條件下C/C電極電Fenton系統(tǒng)對印染廢水色度和COD的去除效果，實驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 C/C電極對孔雀石綠廢水處理效果的影響

2.2 Fe/C電極對孔雀石綠廢水的處理效果

通過外加Fe2+濃度對C/C電極反應(yīng)器處理效果的影響試驗可以確定，當外加Fe2+濃度1 mmol/L時，C/C電極對印染廢水的處理效果最好?？刂品磻?yīng)時間為180 min，電極電壓為14 V，電解質(zhì)濃度5 g/L，曝氣強度1 L/min，極板間距9 cm，pH=3，在不外加Fe2+的條件下研究Fe/C電極極對印染廢水色度和COD的去除效果。試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 Fe/C電極對印染廢水處理效果的影響

從圖4可以看出，F(xiàn)e/C電極對色度和COD的去除效果與C/C電極的趨勢相同，但去除率均高于C/C電極，經(jīng)過3 h的電Fenton反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，F(xiàn)e/C電極色度去除率和COD去除率分別比C/C電極高出15.19%和10.82%。采用Fe陽極的電Fenton反應(yīng)系統(tǒng)，在陽極發(fā)生電化學反應(yīng)Fe-2e-→Fe2+，陰陽兩極原電位產(chǎn)生了Fenton試劑并發(fā)生Fenton反應(yīng)，生成大量的·OH，·OH的強氧化性能可以降解印染廢水中的有機污染物，使COD和色度得以去除。

在C/C電極電Fenton系統(tǒng)中，雖然在反應(yīng)初期向C/C電極投加了1 mmol/L的Fe2+， Fe2+可以在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)，但隨著反應(yīng)的進行，循環(huán)量很少，且Fe2+濃度越來越低，在電解反應(yīng)開始的60 min內(nèi)，色度去除率和COD去除率升高的速率較快，60~120 min色度去除率和COD去除率上升緩慢，120 min后，溶液的色度去除率和COD去除率幾乎不發(fā)生變化，F(xiàn)enton氧化的高效反應(yīng)僅出現(xiàn)在反應(yīng)初期的60 min內(nèi)。

3 結(jié)論

從試驗結(jié)果可以看出，在以C/C電極作為極板材料時，外加Fe2+濃度在1.0 mmol/L、反應(yīng)進行到120 min時色度與COD的去除率幾乎同時達到最高值，分別為42%與20%；在以Fe/C電極作為極板材料時，色度的去除率在反應(yīng)進行到100 min時達到最大值58%左右，COD的去除率在反應(yīng)進行到120 min時達到最大值30%左右。綜上所述，在其他條件都相同的條件下，F(xiàn)e/C電極在相同的處理時間內(nèi)色度與COD的去除率均高于C/C電極，因此試驗選用鐵陽極和石墨陰極極板。

［1］謝復青，何星存，陳孟林.鋼渣-焦炭吸附-微波降解法處理孔雀石綠染料廢水的研究[J].化工時刊，2006，20（3）：3-10.

［2］石巖，王啟山，岳琳，等. 三維電極_電Fenton法去除垃圾滲濾液中的COD[J].中國給水排水，2008,24（19）：87-94.

［3］班福忱，趙曉彤，武玉萍，等. 三維電極_電Fenton法處理苯酚廢水機理研究[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版），2014，30（1）：137-141.

［4］秦潔瓊，周培國，張齊生，等.超聲-Fenton氧化聯(lián)用處理印染廢水[J]. 節(jié)水灌溉，2012,7:39-46.

［5］李新，劉勇弟，孫賢波，等.印染廢水生化出水中各類有機物在Fenton氧化過程中的去除效果[J]. 環(huán)境工程學報，2012,6（11）：3953-3958.

［6］王利平，蔡華，陳毅忠，等.Fenton 試劑深度處理印染廢水的研究[J]. 中國給水排水，2010, 26（7）：90-93.

Effect of Electrode Material on Malachite Green Wastewater Treatment With Three-dimensional Electrode Electro Fenton Method

,

（Shenyang Jianzhu University, Liaoning Shenyang 110168, China）

Three-dimensional electrode electro Fenton method was used to treat malachite green wastewater. Effect of electrode material on the removal rates of chromaticity and COD was investigated with two different electrode materials. At last, suitable electrode material for treatingthe wastewater was screened out.

electrode material; malachite green wastewater; three-dimensional electrode; electro Fenton

TQ ××

A

1004-0935（2017）09-0866-03

2017-06-28

李旭光（1989-），男，在讀碩士研究生，內(nèi)蒙古赤峰市人，沈陽建筑大學環(huán)境工程，研究方向：從事水污染理論與控制研究。