王沖

(吉林東北煤炭工業(yè)環(huán)保研究有限公司吉林長春 130062)

有機污染物在電化學(xué)反應(yīng)器中電化學(xué)降解過程研究

王沖

(吉林東北煤炭工業(yè)環(huán)保研究有限公司吉林長春 130062)

本文研究環(huán)氧丙烷皂化廢水在濾壓式電化學(xué)反應(yīng)器中的電催化氧化降解過程。提高電流密度能提高降解速率，但增加了能耗，綜合考慮最佳的電流密度是10mA/cm2。

電催化氧化；環(huán)氧丙烷；工業(yè)廢水；濾壓式電化學(xué)反應(yīng)器

隨著電催化氧化技術(shù)在污水凈化[1]、垃圾滲濾液[2]、制革廢水[3]、印染廢水[4]、煉油廢水[5,6]等領(lǐng)域的應(yīng)用研究，使人們對電化學(xué)技術(shù)處理廢水的期待更加迫切。本文根據(jù)環(huán)氧丙烷皂化廢水的氯離子濃度高，導(dǎo)電性強特點提出了間接電氧化法降解廢水中的有機物污染物的思路，研究環(huán)氧丙烷皂化廢水在濾壓式電化學(xué)反應(yīng)器中的電催化氧化降解過程，并討論相關(guān)因素對有機污染物降解過程的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

循環(huán)電解實驗在濾壓式電化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行。陽極為網(wǎng)狀DSA型電極，陰極為Ti網(wǎng)，每塊電極面積為3×3cm2，兩極間距可調(diào)。待處理廢水為250cm3，電解系統(tǒng)進(jìn)行恒電流電解，可調(diào)節(jié)電流密度。柱狀顆?；钚蕴孔鳛樘畛淞Ｗ?，填充于兩極板之間。

1.2 實驗步驟

1.2.1 環(huán)氧丙烷皂化廢水的預(yù)處理

向環(huán)氧丙烷廢水中加入純堿（Na2CO3）溶液和二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳酸鈣（CaCO3），并調(diào)節(jié)pH至中性，反應(yīng)方程式如下：

1.2.2 電化學(xué)氧化法處理環(huán)氧丙烷皂化廢水

整個電催化氧化裝置由直流電源、濾壓式電化學(xué)反應(yīng)器及附件組成。實驗在室溫下進(jìn)行，貯槽中加入待處理的0.25L的廢水，電解液通過磁力泵進(jìn)入反應(yīng)器，轉(zhuǎn)子流量計調(diào)節(jié)流速，待反應(yīng)器中的流動穩(wěn)定后，設(shè)定電流至所需值后接通電源，開始計時，每隔一段時間取樣測定有機物含量和COD。

1.3 COD的測定方法

采用重鉻酸鉀法測定(GB11914-1989)。在測定水樣時，由于環(huán)氧丙烷皂化廢水的含鹽量和氯離子濃度較高，進(jìn)行COD測定時，需要將水樣稀釋。通過多次平行試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氯離子濃度超過1000mgL/時，存在的誤差比較大，因此將水樣氯離子稀釋到1000mg/L以下，再用硫酸汞做掩蔽劑。

1.4 主要計算公式

1.4.1 COD去除率

上式中：COD0——處理前廢水的COD值(mg·L-1)；CODt——電解時間為t時廢水的COD值(mg·L-1)；ΔCOD%——COD去除率。

1.4.2 能耗

上式中：W 為能耗（J）；U 為電壓（V）；I為電流（A）；t為電解時間（s）。

2 結(jié)果與討論

2.1 電解時間對去除COD效果的影響

取0.25L經(jīng)預(yù)處理的廢水，電極間距=15mm，電流密度30mAcm-2，流量4L/h，陽極采用網(wǎng)狀Ru-Ti-Sn電極，陰極為Ti網(wǎng)，每塊電極面積為3×3cm2，溫度為室溫，考察電催化氧化法對廢水中COD的去除效果，見圖1。在反應(yīng)過程中，反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生大量的氯氣。電解氧化法去除COD是一個復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)過程，不僅存在電極表面上的直接電氧化，而且存在以Cl-/Cl2或Cl-/ClO-為媒介的間接電氧化過程。廢水中氯離子的濃度為10.968g/L，電解過程中會產(chǎn)生Cl2、ClO-，它們是強氧化劑，有助于降低水中的COD濃度。從圖1可以明顯看出，前1hCOD迅速下降，但1h后，COD又升高，說明生成了中間產(chǎn)物使廢水的COD升高，在2h后COD又開始迅速降低，在7h后COD全部去除，同時也可以說明電催化氧化法可以有效降低廢水中的COD。

圖1 COD去除率隨時間的變化

2.2 電流密度的影響

實驗初步考察了電流密度對COD和去除效果的影響，實驗結(jié)果見圖2。在反應(yīng)的初始階段COD的降解速率是30mA/cm2>50mA/cm2>10mA/cm2，電流密度對廢水電化學(xué)降解影響主要有兩方面：增大電流密度一方面可使電極的工作表面得到充分利用，電生成活性氧化中間體的濃度增大，有利于電化學(xué)氧化進(jìn)程；另一方面，高電流密度下，電極極化現(xiàn)象和鈍化加劇，并且、析氧副反應(yīng)也不斷加強，降低了電解效率和處理效果。但50mA/cm2時，COD完全降解所需的時間是最少，這是因為電化學(xué)反應(yīng)的速率由電流密度的大小決定。電流密度的提高，意味著單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子多，總的反應(yīng)速度也相應(yīng)提高。但電流密度增大會導(dǎo)致槽電壓升高、使能耗上升。表1是列出不同電流密度下降解效果，從能耗角度考慮不宜選擇過大電流密度，最優(yōu)的電流密度是10mA/cm2。

圖2 不同電流密度下COD去除率隨時間的變化

表1 不同電流密度條件下的能耗

3 結(jié)論

（1）使用DSA型陽極、Ti陰極和濾壓式電化學(xué)反應(yīng)器構(gòu)成的電解處理體系處理實際環(huán)氧丙烷皂化廢水，循環(huán)電解實驗的結(jié)果表明，利用電催化氧化技術(shù)處理環(huán)氧丙烷皂化廢水，降解廢水中的有機污染物是可行的。（2）闡述了電化學(xué)處理廢水的過程中電流密度對有機物降解過程的影響，增加電流密度能提高降解速率，但同時也增加了能耗，綜合考慮最佳的電流密度是10mA/cm2。

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