PEBR有機廢水處理進水流速優化分析

韓冬妮

（江蘇誠智工程設計咨詢有限公司 江蘇徐州 221018）

引言

填充床電極反應器（Packed-bed Electrode Reactor,PBER，俗稱三維電極）的出現統一解決了傳統反應器存在的反應面積和傳質距離所引發的問題，可強化該反應器的電催化氧化效果。

通過實驗結果并考慮所選擇材料工程可行性確定了PBER的最優構型，即IrO2-Ta2O5/Ti陽極和AC填料，并對反應器操作條件中的進水流速進行了優化分析，以提高難降解有機廢水處理效果。

廢水的流速直接決定廢水在反應器中的停留反應時間，流速越小，反應時間越長，有機物可以得到更為徹底的氧化。但對于反應后期較低濃度的廢水，一味延長停留時間，會增加副反應的發生，導致電流效率和能耗的下降。增加流速在一定程度上可以增加液相的湍流，從而強化傳質過程。而且快速運動的液流有可能把副反應產生的氣泡帶出床層，避免其在金屬極板及填料表面累積成大氣泡，減少反應面積。

在電流密度80A/m2、3%(質量濃度，w/w)Na2SO4、原水苯酚濃度600mg/L的條件下，改變進水流速進行實驗。

比較不同流速的出水處理情況可得，當流速在適宜的范圍內，有機物去除率相差不大，與流速基本無關。尤其是在t<1.68h時，0.6L/h和0.8L/h的出水COD去除率基本一致。這可能由于適宜流速下，有機物氧化進程處于反應控制狀態，所施加的電流均用于降解污染物，使得有機物去除量保持為定值。但當流速超出范圍，如為1.1L/h時，有機物去除率表現為大幅度下降，雖然按照理論分析，反應進程仍應處于反應控制狀態，但由于過大的流速可能使得有機物無法在短時間內固著在填料上，而很難發揮填料拓展陽極的作用，污染物將會隨出水流出反應器，致使處理效果下降。

苯酚的去除率變化與COD去除率變化趨勢相同，對比可以看出，在1.68h之前，流速0.6L/h的苯酚去除率均高于流速為0.8L/h的苯酚去除率，兩者的COD去除率是基本相同的。大分子苯酚在電催化氧化過程中被降解為苯醌、乙二酸等小分子，再被降解為二氧化碳和水，從而完成COD的去除。出現上述現象，是因為在填充床電極反應器的床層中小分子的轉移更容易發生。流速為0.8L/h時，苯酚降解生成的小分子在高流速下迅速轉移到反應界面被降解，而苯酚本身并不能快速完成遷移。

各個時段的平均電流密度及能耗如圖1-1所示，隨著反應的進行，反應進入復相及擴散控制狀態，副反應的發生使平均電流效率呈下降趨勢。不同流速之間的ACE對比發現，流速為0.6L/h時電流效率較低，流速1.1L/h反應后期ACE均略高于流速0.8L/h的。雖然流速較低時廢水的處理效果好，但電流利用率低，存在較大的能量浪費。且三種流速下的ACE變化趨勢均較為相似，并且與圖1-1中電流密度為100A/m2的ACE變化曲線相似。這說明ACE的變化趨勢與電流密度相關，而與流速的變化關系不大。而且，能耗隨著反應時間的增加而逐漸提高，不同流速下電催化氧化過程的能耗變化趨勢相同。流速增加反應所需的能耗隨之降低，但流速增加到某定值后繼續增加，處理成本將會提高；如流速1.1L/h的能耗高于流速0.8L/h的能耗。可知，電流密度恒定之后，流速對能耗的影響小于電流密度，三種流速下處理廢水4h的能耗均低于65kW·h/kgCOD，且相差不大。

圖1 流速對電流效率、能耗的影響

結語

綜上可以看出，在進水流速為0.6L/h時，獲得了最高的苯酚及COD去除率，且其能耗和電流效率均與高流速下相差不大，故本實驗綜合考慮電催化氧化效果，電流效果和能耗確定最佳的進水流速為0.6L/h。