羅勝鐵，沈 麗

（唐山學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程系，河北 唐山063000）

含酚廢水主要來(lái)自焦化廠(chǎng)、煤氣廠(chǎng)、石油化工廠(chǎng)等工業(yè)部門(mén)，以及石油裂解制乙烯、合成苯酚、聚酰胺纖維、有機(jī)農(nóng)藥和酚醛樹(shù)脂等生產(chǎn)過(guò)程。酚類(lèi)化合物是我國(guó)優(yōu)先監(jiān)測(cè)的持久性有機(jī)物，已經(jīng)被列入具有致癌性單環(huán)芳烴之列。

目前，含酚廢水的處理技術(shù)有生物法、物理法和化學(xué)法。含酚廢水處理技術(shù)的選擇取決于含酚廢水中的酚濃度、COD值及其他因素如處理費(fèi)用等［1－3］。電化學(xué)法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種高效的水處理新方法。其特點(diǎn)是在同一水處理設(shè)施中可能同時(shí)完成電凝聚、電氣浮、電吸附、電催化氧化和還原等多種凈化過(guò)程，具有效率高、用地省、產(chǎn)生污泥少、便于控制等優(yōu)點(diǎn)，因此引起了廣大水處理工作者的關(guān)注［4－7］，此方法為污水資源化提供了一條新思路。本實(shí)驗(yàn)擬通過(guò)電催化氧化技術(shù)對(duì)含酚工業(yè)廢水進(jìn)行處理，考察廢水中COD的去除效果。

1 電極材料與實(shí)驗(yàn)方法

1．1 廢水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)用含酚廢水取自唐山市某焦化廠(chǎng)，廢水COD約為1 400 mg／L。

1．2 電極的選擇和制備方法

電極在電化學(xué)處理技術(shù)中處于“心臟”的地位，電極的電催化特性是電催化技術(shù)的核心內(nèi)容，提高電極的特性即希望電極對(duì)目標(biāo)有機(jī)物表現(xiàn)出高的反應(yīng)速率，并且有好的選擇性。電極材料的性質(zhì)是決定電極催化特性的關(guān)鍵因素，不同的電極材料會(huì)使反應(yīng)速度發(fā)生數(shù)量級(jí)的變化。改變電極材料的性質(zhì)，可以通過(guò)變換電極基體材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用有電催化性能的涂層對(duì)電極表面進(jìn)行修飾改性來(lái)實(shí)現(xiàn)［8－9］。

本實(shí)驗(yàn)選用PbO2電極為陽(yáng)極，自制C／PTFE氧還原電極為陰極，研究其對(duì)含酚廢水的處理性能。

C／PTFE氧還原陰極的制備方法如下：將一定質(zhì)量的石墨粉和聚四氟乙烯乳液（PTFE）用無(wú)水乙醇混合，超聲攪拌20 min，使石墨和PTFE分散均勻，然后在恒溫水?。?0～80℃）中不斷攪拌，直至混合成凝聚膏體，將凝膏體輥壓制成厚約0．2 mm的碳膜，再將壓好的兩片碳膜附著在不銹鋼網(wǎng)上，用液壓機(jī)將碳膜和不銹鋼網(wǎng)復(fù)合好，將復(fù)合好的電極用蒸餾水煮沸0．5 h，然后在90℃干燥2 h備用。

1．3 電解體系隔膜的選擇

多數(shù)電化學(xué)反應(yīng)器都使用隔膜來(lái)分隔陽(yáng)極和陰極區(qū)間，防止兩極產(chǎn)物混合，以及在電極表面或溶液中發(fā)生副反應(yīng)或次級(jí)反應(yīng)，避免影響產(chǎn)物純度、收率和電流效率，甚至造成危及安全的事故。本實(shí)驗(yàn)選用隔膜電解體系是基于如下兩點(diǎn)考慮：

（1）根據(jù)陰、陽(yáng)極氧化機(jī)理，陰、陽(yáng)極分隔開(kāi)后，陽(yáng)極呈強(qiáng)酸性，陰極呈強(qiáng)堿性，從而使溶液中離子總數(shù)增多，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，減少了電解質(zhì)的投加量，同時(shí)創(chuàng)造有利于有機(jī)物降解的反應(yīng)條件。

（2）應(yīng)用隔膜分開(kāi)陰、陽(yáng)極后，可以通過(guò)分析陰、陽(yáng)極反應(yīng)液探討其反應(yīng)機(jī)理。

本實(shí)驗(yàn)綜合考慮了常用的幾類(lèi)隔膜如石棉隔膜、陶瓷隔膜、離子交換膜、滌綸、棉布等的特點(diǎn)，最終采用價(jià)廉的滌綸濾膜作為電解體系的隔膜。

1．4 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用陰、陽(yáng)極同時(shí)作用降解含酚工業(yè)廢水，測(cè)定COD的去除率。COD檢測(cè)方法采用重鉻酸鉀法。

1．5 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1所示。自制有機(jī)玻璃電解槽（60 mm×45 mm×80 mm），有效容積為130 mL，陰陽(yáng)極室體積比為1∶1。采用PbO2電極為陽(yáng)極，自制的C／PTFE氧還原電極為陰極，極間距為0．5 cm，陽(yáng)極和陰極的有效面積均為34 cm2，在電解槽內(nèi)放置滌綸濾膜。

圖1 電解實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

2 結(jié)果與討論

2．1 最佳反應(yīng)時(shí)間的確定

在電流密度30 m A／cm2下，在陰、陽(yáng)極室曝氣量為1．8 L／min條件下，考察含酚廢水COD去除率隨反應(yīng)時(shí)間的變化情況，如圖2所示。

由圖2可知，含酚廢水經(jīng)陰、陽(yáng)極電催化氧化作用降解程度較大，COD去除率隨電解時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸升高，陰極室在80 min時(shí)COD去除率達(dá)到80%以上。在80 min以后，COD去除率變化趨于平緩。因此確定最佳反應(yīng)時(shí)間為80 min。

2．2 曝氣量影響

在電流密度30 m A／cm2，反應(yīng)時(shí)間80 min條件下，考察曝氣量對(duì)含酚廢水COD去除率的影響。如圖3所示。

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)含酚廢水COD去除率的影響

圖3 曝氣量對(duì)含酚廢水COD去除率的影響

由圖3可知，含酚廢水在曝氣量為1．2 L／min的條件下，COD去除率達(dá)到最大。同時(shí)陰極室中COD去除率效果明顯高于陽(yáng)極室。分析其原因是由于陰極室在堿性條件下H2O2能進(jìn)一步產(chǎn)生HO·和O2·自由基，它們對(duì)有機(jī)物氧化能力要高于陽(yáng)極室直接和間接的氧化能力。

2．3 電流密度影響

在曝氣量為1．2 L／min，反應(yīng)時(shí)間為80 min條件下，考察電流密度大小對(duì)含酚廢水COD去除率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 電流密度對(duì)含酚廢水COD去除率的影響

由圖4可看出，陰、陽(yáng)極室COD去除率隨電流密度的升高而增加，且隨著電流密度增加，COD去除率變化趨于平緩。電流密度升高，意味著電子傳遞速度增加，從而提高了電極反應(yīng)速率，所以COD去除率得到提高；而電流密度過(guò)大將降低電流效率，電流密度過(guò)小又影響自由基的生成速率和COD的降解速率，所以實(shí)驗(yàn)中合適的電流密度為30 mA／cm2。

3 結(jié)論

（1）在滌綸隔膜電解體系中，陰、陽(yáng)極室同時(shí)電催化氧化降解含酚工業(yè)廢水取得了較好的效果。COD去除率隨電流密度增加而升高，在反應(yīng)時(shí)間80 min，曝氣量1．2 L／min，電流密度30 m A／cm2的最佳條件下，含酚廢水COD去除率可達(dá)到80%，COD去除率陰極室較好于陽(yáng)極室。

（2）利用氧陰極還原生成強(qiáng)氧化劑H2O2，可以氧化降解廢水中的有機(jī)污染物，不需要另外加入其他氧化劑，不產(chǎn)生二次污染。

（3）通過(guò)電催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)、陰極材料的研制與優(yōu)選，可以實(shí)現(xiàn)利用電催化活性的PbO2陽(yáng)極的氧化作用和氧陰極還原產(chǎn)生的氧化劑的強(qiáng)氧化性共同降解廢水中的有機(jī)污染物，從而提高降解有機(jī)污染物的電流效率，降低能耗。

［1］ 劉江永．工業(yè)含酚廢水處理的研究進(jìn)展［J］．河南化工，

（2）利用氧陰極還原生成強(qiáng)氧化劑H2O2，可以氧化降解廢水中的有機(jī)污染物，不需要另外加入其他氧化劑，不產(chǎn)生二次污染。

（3）通過(guò)電催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)、陰極材料的研制與優(yōu)選，可以實(shí)現(xiàn)利用電催化活性的PbO2陽(yáng)極的氧化作用和氧陰極還原產(chǎn)生的氧化劑的強(qiáng)氧化性共同降解廢水中的有機(jī)污染物，從而提高降解有機(jī)污染物的電流效率，降低能耗。

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