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        三維電極技術(shù)處理廢水研究進(jìn)展

        2015-03-27 15:01:03宋曉曉張曉臣任濱僑
        黑龍江科學(xué) 2015年6期
        關(guān)鍵詞:研究進(jìn)展研究

        宋曉曉,張曉臣,任濱僑

        三維電極技術(shù)處理廢水研究進(jìn)展

        宋曉曉,張曉臣,任濱僑

        (黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院,哈爾濱 150020)

        三維電極技術(shù)有效提高了傳統(tǒng)二維電極技術(shù)的電流效率和處理效果,具有儀器設(shè)備簡(jiǎn)單、無(wú)二次污染、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),被廣泛用于廢水處理領(lǐng)域。本文總結(jié)了三維電極技術(shù)處理廢水的研究進(jìn)展,重點(diǎn)闡述了三維電極技術(shù)處理廢水的機(jī)理及應(yīng)用研究現(xiàn)狀,提出目前存在的問(wèn)題及未來(lái)三維電極技術(shù)的研究方向。

        三維電極;電化學(xué);廢水處理

        電化學(xué)處理廢水技術(shù),儀器設(shè)備操作簡(jiǎn)單,不產(chǎn)生二次污染,適用性廣,處理效果良好,被稱(chēng)為新型催化氧化技術(shù)。電化學(xué)技術(shù)一般采用二維電極系統(tǒng),在實(shí)際應(yīng)用中,存在電極比表面體積較小、電流效率低、能耗高等問(wèn)題,阻礙了電化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。為了解決這些問(wèn)題,Backhurst[1]等提出三維電極法。三維電極在傳統(tǒng)二維電極基礎(chǔ)上,在電解槽內(nèi)添加了大量的細(xì)小的微電極,使這些微電極表面帶電成為新的一極,從而構(gòu)成了三維電極系統(tǒng)[2]。與傳統(tǒng)二維電極相比,三維電極有效地增加電極比表面積,提高了電流效率、降低了能耗。因此,近些年來(lái),三維電極技術(shù)得到了迅速發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛。

        1 三維電極技術(shù)處理廢水的機(jī)理研究進(jìn)展

        近些年來(lái),國(guó)內(nèi)外已對(duì)三維電極處理廢水的機(jī)理開(kāi)展了大量研究。三維電極處理重金屬離子廢水的機(jī)理已達(dá)成共識(shí),即金屬離子在陰極發(fā)生還原反應(yīng)而沉淀下來(lái),從而達(dá)到去除效果。然而,三維電極對(duì)有機(jī)廢水降解的機(jī)理尚未統(tǒng)一認(rèn)識(shí):一些人認(rèn)為電解產(chǎn)生的羥基自由基(·OH)在降解污染物過(guò)程中發(fā)揮最主要的作用;另一些人認(rèn)為部分有機(jī)物在陽(yáng)極上被直接氧化;還有一些人認(rèn)為是電解槽中的溶解氧被還原成H2O2對(duì)有機(jī)物產(chǎn)生氧化作用。這幾種認(rèn)識(shí),都得到了實(shí)驗(yàn)證明,但是都不深入,有機(jī)物被降解過(guò)程中究竟是哪種機(jī)理占主要作用還不明確。

        柴立元[3]等利用三維電極技術(shù)處理廢水中的EDTA,對(duì)EDTA降解機(jī)理進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,在羥基自由基(·OH)的作用下,EDTA首先被降解成伯胺等中間產(chǎn)物,進(jìn)而又被礦化為CO2,H2O和NH3。

        楊杰[4]等利用三維電極技術(shù)處理苯酚廢水,對(duì)苯酚降解機(jī)理進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,電解過(guò)程中,陽(yáng)極上生成的羥基自由基(·OH)被吸附在活性炭顆粒上,同時(shí)廢液中苯酚也被吸附在活性炭顆粒上,從而形成微電池。通過(guò)微電池反應(yīng),苯酚首先被降解成鄰苯二酚、間苯二酚、對(duì)苯二酚等中間產(chǎn)物,進(jìn)而又被礦化為CO2和H2O。同時(shí),陽(yáng)極極化曲線表明苯酚也可在陽(yáng)極氧化,但羥基自由基(·OH)對(duì)苯酚的降解起主要作用。

        2 三維電極技術(shù)處理廢水的應(yīng)用研究進(jìn)展

        近些年來(lái),研究人員對(duì)三維電極技術(shù)做了大量研發(fā)和改進(jìn)工作,將其應(yīng)用到廢水處理多個(gè)領(lǐng)域,取得了非常好的效果。

        2.1處理重金屬離子廢水

        張少峰[5]等利用三維電極法處理低濃度酸性含鉛工業(yè)模擬廢水,結(jié)果表明,以泡沫銅為陰極材料的三維電極,在電極間距為零、槽電壓4V條件下,Pb2+去除率可達(dá)85%,優(yōu)于以不銹鋼板為電極板的二維電極的34%。孫穎[6]等利用三維電極法處理含銅線路板廢水,確定了電極間距3cm,極間填充鋼珠,槽電壓10V,電解時(shí)間45min的反應(yīng)條件下,銅的去除率達(dá)到82.3%,處理線路板廢水的電費(fèi)成本為1.11元/噸。

        2.2處理有機(jī)廢水

        2.2.1處理苯類(lèi)廢水

        雷永乾[7]等利用三維電極技術(shù)降解含苯、甲苯、二甲苯的有機(jī)廢水,結(jié)果表明,在槽電壓為48 V,pH 為3.1,電解時(shí)間為30min時(shí),苯類(lèi)有機(jī)廢水的COD去除效果最好。王婧[8]等利用三維電極技術(shù)處理鄰氯苯胺廢水,結(jié)果表明,在槽電壓為15V,pH為8.0,支持電解質(zhì)濃度為0.1mol/L,電極間距為2cm,電解時(shí)間為30min時(shí),鄰氯苯胺廢水的COD去除率達(dá)到97%。

        2.2.2處理酚類(lèi)廢水

        夏怡[9]等采用自制三維電極反應(yīng)器氧化降解苯酚廢水,結(jié)果表明,在槽電壓為15V,電解時(shí)間為90min,pH=3,F(xiàn)e2+投加濃度為lmmol/L,對(duì)苯酚質(zhì)量濃度為300mg/L的模擬廢水的最大苯酚去除率達(dá)到91.2%。范可[10]等利用三維電極聯(lián)合電-Fenton法降解苯酚廢水,結(jié)果表明,曝氣速率20L/min,初始pH=3,電流強(qiáng)度為0.3A/m2,F(xiàn)e2+濃度為0.1mmol/L,電解時(shí)間60min時(shí),苯酚的降解率為91%,COD去除率為64%。

        2.2.3處理印染廢水

        劉燕舞[11]等利用三維電極法處理印染廢水,結(jié)果表明,在槽電壓為28V,電解時(shí)間為15min,pH為3.5,曝氣量為一般強(qiáng)度時(shí),出水CODCr濃度可從88mg/L降低到37mg/L,對(duì)應(yīng)的去除率為57.9%。李翠丹[12]等利用三維電極法脫色印染廢水,結(jié)果表明,在不曝氣,活性炭和鐵屑質(zhì)量比為2:1,槽電壓為16V,電極間距為6cm,溶液濃度為200mg/L,pH為6,降解時(shí)間為90min,脫色率可達(dá)98.7%。

        2.2.4處理制藥廢水

        許暢[13]等利用三維電極降解模擬制藥廢水,模擬了鹽酸利多卡、苯甲酸鈉、鹽酸環(huán)丙沙星三種制藥廢水,結(jié)果表明,這三種模擬制藥廢水降解效果良好,去除率分別為62.6%、66.1%、88.9%。鄭耿濤[14]等利用三維電極——鐵碳微電解法處理黃連素廢水,結(jié)果表明,黃連素廢水COD去除率達(dá)到72.3%,廢水生化性B/C由原水的0.018提高到0.29。

        3 結(jié)語(yǔ)

        三維電極技術(shù)發(fā)展迅速,應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。然而三維電極技術(shù)處理廢水的機(jī)理研究還不夠深入,并且單一的三維電極技術(shù)往往不能滿(mǎn)足成分復(fù)雜的難降解廢水的處理要求。未來(lái)三維電極技術(shù)的研究重點(diǎn)將集中在如下幾個(gè)方面:

        第一,三維電極技術(shù)處理有機(jī)廢水機(jī)理研究,建立相關(guān)有機(jī)物降解的動(dòng)力學(xué)方程,為進(jìn)一步改進(jìn)處理技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。

        第二,研制高穩(wěn)定性、催化性的電極作為三維電極主電極,提高三維電極的處理效率,降低能耗。

        第三,三維電極法與其他水處理技術(shù)聯(lián)用工藝的開(kāi)發(fā),如三維電極協(xié)同電Fenton法處理印染廢水、三維電極生物膜處理裝置等。

        [1]BICKURST J R,COULSON J M,GOODRIDGE F,et al.[J].J Electrorchem Soc,1969,(116):1600-1607.

        [2] 汪巡.三維電解法處理有機(jī)廢水的研究進(jìn)展[J].化工新型材料,2011,11 (39):39-41.

        [3] 柴立元,尤翔宇,舒余德,等.三維電極電化學(xué)反應(yīng)器降解有機(jī)廢水中的EDTA[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,41(4):1240-1245.

        [4] 楊杰,尤翔宇.三維電極降解苯酚的新工藝及機(jī)理[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),2012,41(4):1804-1811.

        [5] 張少峰.三維電極電解法處理含鉛廢水[J].工業(yè)水處理,2012,(04):110-116.

        [6] 孫穎.三維陰極電解法處理含銅廢水[J].電鍍與精飾,2011,(12):84-87.

        [7] 雷永乾.三維電極催化氧化苯類(lèi)廢水的研究[J].水處理技術(shù),2013,39(12):112-114.

        [8] 王婧.三維電極電催化氧化處理鄰氯苯胺廢水的研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2012,35(7):86-89.

        [9] 夏怡.三維電極氧化降解苯酚廢水的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)水處理,2010,30 (5):27-29.

        [10] 劉燕舞.三維電極法處理印染廢水二級(jí)出水的試驗(yàn)研究[J].廣東化工,2014,41(279):64-65.

        [11] 范可.三維電極/電-Fenton法降解苯酚[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2012,(02):55-59.

        [12] 李翠丹.三維電極法對(duì)印染廢水脫色的實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2010,(08):89-91.

        [13] 許暢.三維電極法處理難降解制藥廢水研究[D].荊州:長(zhǎng)江大學(xué),2013.

        [14] 鄭耿濤.三維電極——鐵炭微電解法組合工藝處理黃連素廢水[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2011,(06):101-105.

        Research Progress of Three-dimensional Electrode in Wastewater Treatment

        SONGXiao-xia,ZHANGXiao-chen,RENBin-qiao
        (Institue ofAdvanced Technology,HeilongjiangAcademyofSciences,Harbin 150020,China)

        Three-dimensional electrode technology improves the current efficiency and the treatment effect of traditional two-dimensional electrode technology.With the advantages of simple equipment,nosecondary pollution,energy saving,etc,it is widely used in wastewater treatmen.This paper summarizes the progress of the three-dimensionalelectrode technology fortreating wastewater.Itfocuseson the mechanism of the three-dimensional electrode technology for treating wastewater and application of the status quo.Presented current problems and future research directions dimensional electrode technology.

        Three-dimensional electrode;Electrochemistry;Wastewater treatment

        TQ 150

        A

        1674-8646(2015)06-0034-02

        2015-04-22

        黑龍江省院所基本應(yīng)用技術(shù)研究專(zhuān)項(xiàng)課題(ZNGY1404)

        宋曉曉(1986-),女,黑龍江哈爾濱人,研究實(shí)習(xí)員,碩士,從事環(huán)境工程相關(guān)研究。

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