三维电极体系中苯酚降解效率的影响因素研究VIP免费

三维电极体系中苯酚降解效率的影响因素研究王立章1*，乔启成1，傅剑锋2，王哲晓11.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221008；2.东南大学环境工程系，江苏南京210096摘要：三维电极法用于处理含酚废水的影响因素研究报道较多，但并未充分在理论上阐述其影响方式及机理。采用自制的实验室小试电化学反应器对含酚自配废水进行了处理。试验结果表明：体系中苯酚降解遵循一级反应模式；通过电流效率的核算确定60min作为最佳反应时间，得到的苯酚去除率为64.3%，吨水处理能耗为14.29kW·h·t-1，实际电流效率与理论电流效率相等为0.68。对体系进水控制不同的苯酚起始质量浓度，当反应时间不变时，实际试验结果与法拉第定律一致，即电流密度与去除的污染物的量以及COD去除率与电量和进水质量浓度的比值均呈线性关系；体系中羟基自由基的产生量能够采用式[•OH]=0.1218×EC0进行计算。采用最佳反应时间t=60min、电流密度I=20A，在苯酚质量浓度为500mg·L-1时改变极板间距进行的试验结果表明电压随极板间距的增大而降低，最佳极板间距为0.21m时可获得最大去除率为78.5%，体系的启动电压为0.25V。关键词：三维电极；羟基自由基；反应时间；起始质量浓度；启动电压中图分类号：X703.1；TQ035文献标识码：A文章编号：1672-2175（2007）03-0850-05苯酚在工业废水中分布广泛并且在环境中易于积累，对人类的健康影响较大[1-8]。根据现有的研究水平，含酚废水的处理技术主要包括汽提与蒸馏、吸附、萃取、离子交换、氧化（臭氧、Fenton试剂、氯气等）以及生化处理[9]。近年来，采用新型的高级氧化法——三维电极进行水处理成为国内外的研究热点[10-12]。三维电极具有耐腐蚀、复用率高、性能稳定、再生简单、催化性能高等优点；在反应过程中产生具有强氧化性能的羟基自由基•OH，快速氧化有机污染物[13-14]。三维电极法能够彻底氧化有机物，不易产生有毒中间产物；应用三维电极法进行苯酚废水处理研究具有重要意义。影响三维电极处理效果因素较多，包括反应温度、pH值、电流、电压、极板间距以及苯酚起始质量浓度等；本文只研究反应时间、起始质量浓度和极板间距对苯酚降解过程的影响，通过实际电流效率和理论电流效率的对比确定最佳反应时间，找出苯酚质量浓度、去除率和体系中羟基自由基产生浓度之间的关系，确立极板间距对体系作用电压的影响关联式，同时确定最佳极板间距的选择模式。关于本研究内容国内外报道较少，并未充分在理论上阐述其影响方式及机理，本文在这些方面尤其在最佳极板间距选择方法上给以理论论证。1试验1.1试验装置试验装置采用有机玻璃无隔膜三维电极反应器（见图1），有效反应区尺寸为20cm×20cm×35cm。极板大小为20cm×35cm，材质为Ti镀SnO2，镀层厚度为3μm[15]，极板间距可调。反应器内充填活性炭型号为GWB20，使用前在清水中煮沸以排除气泡及杂质，填充高度为35cm。直流电源型号为WWL-LDX，调压范围为0~35V，输出电流在0~30A之间。通过水浴循环保持反应温度为25℃[16]。1.2活性炭预处理为了保证在反应过程中只有电极的氧化起作用需要对反应器中的活性炭进行预处理。方法如下：在苯酚质量浓度500mg·L-1，pH值7.1、反应时间t=60min、极板间距5cm、电压10V的条件下进行静态试验。以处理每一容器水作为一个周期，得到了处理效果与运行周期的关系，见图2。由图2可以看出，运行周期较小时处理效果较好，但是当运行周期增大时处理效果随着降低直至最终的稳定。产生如此效果的原因是由于在反应开始时，苯酚被氧化速率小于活性炭吸附速率，在活性炭中产生苯酚的累积；随着运行周期的增多，氧化速率与吸附速率达到动态平衡，处理效果趋于稳定。经过处理以后的活性炭与电极组成三维电极反应器。1.3测定方法COD的测定采用重铬酸钾回流法[17]；苯酚质量浓度采用4-氨基安替吡啉直接光度法在吸光度为510nm时测定[18]。1.4数据分析COD用于计算电流效率进行最佳反应时间的确定；电流效率(η)的计算过程采用下式[19-20]：式中，COD0、CODt分别为进、出水COD质量浓度，单位g·L-3；I为电流密度，单位A；F为法拉第常数，96487C·mol-1；t为反应时间，单位s；V为有效反应容积，单位dm3。...