（环境工程专业论文）电化学法处理工业废水的研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：也j 至压期：丝! 三：! 三夕 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签确己喀燧名压篷蘸： p j 州乙、多 摘要 染料废水具有水量大，水质组分复杂，变化大，色度深且多含致癌物质，难 生物降解等特点，被列为难处理的工业废水之一。传统废水处理工艺无法有效处 理此类废水，出水难以达到排放标准。为了解决这一难题，人们开始研究水处理 新工艺。目前，以f e n t o n 原理为基础开发的各类改进技术得到了广泛的研究和 发展，并在实际应用中取得了良好效果。其中，电f e n t o n 技术以其操作简单、 稳定性好、无二次污染、设备占地面积小等优点而倍受青睐。 铬是一种毒性很高的重金属元素，对大气、水体、土壤、动植物都会产生严 重的危害。其中六价铬c r ( v i ) 对环境危害最大，其毒性是三价铬c r ( h i ) 的1 0 0 倍。 常规废水处理方法如生物法、化学沉淀法对含铬废水处理效果不明显、污泥产量 大且不易回收。针对这些难题，电吸附技术表现了强有力的竞争力和巨大的应用 潜力。 随着我国钢铁产量日益增加，开采加工铁矿石力度加大，选矿废水治理难度 也逐渐增大。磷是导致水体富营养化的关键因素。相比于生活污水，选矿废水中 磷含量很高，往往达到几十甚至几百m g l 。如果治理不彻底，将对环境造成致 命的影响。如何处理高含磷选矿废水是我国亟待解决的重要课题。传统除磷技术 往往限于低磷浓度污水，对于更高浓度的废水效果较差。针对这一特点，利用大 比表面物质吸附磷的方法表现出明显优势。 本论文主要完成了以下研究内容： 1 以石墨粉和离子液体b m p f 6 为原料成功制备了b m p f 6 修饰碳电极，该电 极表现出良好的电化学性能，以铁氰化钾为电化学探针对它的电化学性能进行了 研究。用该电极做阴极，石墨电极做阳极，分别研究了0 2 流量、反应时间、电 极电位、电极距离、溶液p h 、f e 2 + 浓度对电f e n t o n 降解活性艳蓝x b r 染料废 水影响，得到最佳条件p h = 3 ，0 2 曝气量0 41 m i n ，电极电位o 7 v ，f c 2 + 浓度为 4 m m o l l 条件下，降解率为9 2 9 6 。 2 采用浓硝酸加热微沸条件下对活性碳纤维( a c f ) 布改性，将改性后的 a c f 作阳极，石墨电极作阴极，采用电吸附处理含c r ( v i ) 废水。研究了反应时间、 溶液p h 、电极电位、电极吸脱附次数等因素对电吸附除c r ( v i ) 的影响。结果表 明，a c f 改性后的电极具有良好的电吸附性能，对c r ( v i ) 的去除率达到9 7 5 ， j 下极化有利于电吸附进行，脱附效率始终保持在7 0 以上。 3 采用钢渣吸附处理高磷选矿废水。分别研究钢渣用量、粒径、总磷的初始 浓度、p h 值等因素对钢渣吸附磷的影响。结果表明，钢渣具有很强的吸附性能， 足量的钢渣对磷的去除率达到9 9 以上。钢渣的吸附作用包括化学吸附和物理吸 附两方面。通过动力学研究发现，钢渣吸附磷符合f r e u n d i c h 吸附等温式，吸附 过程符合伪二级反应，颗粒扩散过程是磷在钢渣上吸附速率控制的主要因素。 关键词：染料废水，c r ( v i ) ，磷，离子液体b m p f 6 ，电f e n t o n ，电吸附， 钢渣，吸附 i i a b s t r a c t w i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fl a r g ed i s p l a c e m e n t ，c o m p l e xa n dc h a n g e si nw a t e r q u a l i t y ，h i g h c o l o r d e g r e e ，m u l t i - c a r c i n o g e n i c ，a n d d i f f i c u l t b i o d e g r a d a t i o n ，d y e w a s t e w a t e ri sr e c o g n i z e d 懿o n eo fi n t r a c t a b l ei n d u s t r i a lw a s t e w a t e r t h e r eh a v eb e e n d i f f i c u l t i e sf o rc o n v e n t i o n a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s st od e a lw i t hs u c hp o l l u t a n t s i nt h ee f f l u e n td i s c h a r g es t a n d a r d s t os o l v et h i sp r o b l e m ，p e o p l eb e g a nt os t u d yt h e n e ww a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g y a tp r e s e n t ，v a r i o u st y p e so fi m p r o v e dt e c h n o l o g y b a s e do nt h ep r i n c i p l e so ff e n t o nh a se x t e n s i v er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t ，a c h i e v i n g g o o dr e s u l t si np r a c t i c a la p p l i c a t i o n s a m o n gt h e s e ，t h e e l e c t r o f e n t o nw o nh i g h f a v o r sf o ri t sa d v a n t a g e so fs i m p l eo p e r a t i o n ，g o o ds t a b i l i t y , n os e c o n d a r yp o l l u t i o n ， s m a l ld e v i c e s f o o t p r i n t c h r o m i u mi sah i g h l yt o x i ch e a v ym e t a l sw i t hs e r i o u sh a r mt oa i r , w a t e r , s o i l ， p l a n t sa n da n i m a l s a m o n gv a r i e t i e so fc h r o m i u m ，c r ( v i ) h a st h em o s td a m a g et ot h e e n v i r o n m e n tw h i l ei ti s1 0 0t i m e st o x i co fc r ( i i i ) c o n v e n t i o n a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t m e t h o d ss u c ha s b i o l o g i c a l ，c h e m i c a lp r e c i p i t a t i o n h a s l i t t l ee f f e c t o n c h r o m i u m - c o n t a i n i n gw a s t e w a t e ra n dt h es l u d g ep r o d u c t i o ni st o ol a r g et or e c y c l e i n r e s p o n s et o t h e s ec h a l l e n g e s ，t h et e c h n i c a lp e r f o r m a n c eo fe l e c t r o s o r p t i o ns h o w s s t r o n gc o m p e t i t i v e n e s sa n dg r e a tu t i l i z a t i o np o t e n t i a l i t i e s ab m p f 6m o d i f i e dc a r b o np a s t ee l e c t r o d ew a sc o n s t r u c t e db a s e do nt h ei o n i c l i q u i db m p f 6 t om i xg r a p h i t ep o w d e r t h ee l e c t r o c h e m i c a lb e h a v i o r sw a si n v e s t i g a t e d b yu s i n gk 3 f e ( c n ) 6 a sp r o b ea n di tw a sp r o v e dt h a tt h ee l e c t r o d es h o w e dg o o d e l e c t r o c h e m i c a lp r o p e r t i e s f a c t o r so nd e g r a d a t i o no fr e a c t i v eb r i l l i a n tb l u ee l e c t r i c x b rw a s t e w a t e rb ye l e c t r o f e n t o nw e r ei n v e s t i g a t e ds u c h 弱0 2f l o wr a t e ，r e a c t i o n t i m e ，e l e c t r o d ep o t e n t i a l ，e l e c t r o d ed i s t a n c e ，t h es o l u t i o np ha n df e 什c o n c e n t r a t i o n t h e r ew a sar e s u l to fd e g r a d a t i o nr a t eo f9 2 6 w h e nt h ep hv a l u ew a s3 , t h ef l o wo f 0 2w a s0 4 l _ m i n ，e l e c t r o d ep o t e n t i a lw a s0 7 va n df e z + c o n c e n t r a t i o nw a s4 m m o l l t h ea c fc l o t hw a sm o d i f i e du n d e rt h ec o n d i t i o n so fs l i g h t l yb o i l i n gn i t r i ca c i d a t m o s p h e r e a f t e rt h a t ，t h em o d i f i e da c fc l o t hw a su s e da sa n t i c a t h o d ew h i l et h e g r a p h i t e e l e c t r o d ew a su s e da sc a t h o d e t h ef a c t o r so nc r ( v i ) r e m o v e l b y i i i e l e c t r o s o r p t i o nw e r ei n v e s t i g a t e d s u c ha sr e a c t i o nt i m e ，s o l u t i o n p h ，e l e c t r o d e p o t e n t i a la n dt h ec i r c u m s t a n c e so fa b s o r p t i o n d e s o r p t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e a c fm o d i f i e de l e c t r o d eh a dg o o d e l e c t r o s o r p t i o nc a p a c i t yw i t hr e m o v a lr a t eo f 9 7 5 o nc r ( v i ) ，p o l a r i z a t i o ni sc o n d u c i v et oa d s o r p t i o na n dt h ee l e c t r o d e s o r p t i o n e f f i c i e n c yw a sa l w a y sm a i n t a i n e dm o r et h a n7 0 i nt h i s p a p e r , f a c t o r so nt h er e m o v e lo fp h o s p h o r u sb ys t e e ls l a gs u c h a s t e m p e r a t u r e ，p h ，s t e e ls l a gp a r a m e t e r s ，s t e e ls l a gd o s a g e ，a n dt h ei n i t i a lp h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o n t h er e s u l ts h o w e dt h a ts t e e ls l a gh a sas t r o n ga d s o r p t i o n c a p a c i t yw i t har e s u l to fr e m o v a lr a t eo fp h o s p h o r u sm o r et h a n9 9 b ys u f f i c i e n t q u a n t i t i e so fs l a g t h ea d s o r b e dm e c h a n i s m so fp h o s p h o r u sr e m o v a lb yt h es t e e ls l a g w e r ei n v o l v e di n p h y s i c a la d s o r p t i o na n dc h e m i c a lp r e c i p i t a t i o n i tw a sp r o v e db y k i n e t i cs t u d yt h a tt h ei s o t h e r ma d s o r p t i o nb e h a v i o rf o rt h et o t a lp h o s p h o r u sb yt h e s t e e ls l a gw a sd e s c r i b e db yt h ef r e u n d i c hi s o t h e r mm o d e l ，t h e p r o c e s sw a s d e s c r i b e do fp s e u d os e c o n d o r d e rr e a c t i o na n dp a r t i c l ed i f f u s i o np r o c e s sw a st h em a i n f a c t o ro ft h ea d s o r p t i o nr a t eo fp h o s p h o r u s k e yw o r d s ：d y ew a s t e w a t e r , c “) ，p h o s p h o r u s ，i o n i cl i q u i db m p f 6 ，e l e c t r o - f e n t o n ， e l e c t r o s o r p t i o n ，s t e e ls l a g ，a d s o r p t i o n i v 目录 摘要i a b s t r a c t l i i 1l 者论1 1 1 弓i 言1 1 2 染料废水治理技术进展j 1 1 2 1 物化法。2 1 2 2 生化法4 1 3 电化学废水治理技术。5 1 3 1 电氧化还原。5 1 3 2 电吸附。6 1 4 电f e n t o n 技术7 1 5 含磷废水治理技术进展1 0 1 5 1 生物法除磷1 0 1 5 2 化学法除磷。1 2 1 5 3 结晶法除磷1 3 1 6 本论文研究内容1 4 2 离子液体修饰碳电极电f e n t o n 处理活性艳蓝x b r 废水的研究1 5 2 1 引言：1 5 2 2 实验部分1 6 2 2 1 实验仪器与设备1 6 2 2 2 主要试剂和材料1 6 2 2 3 电极制作及电化学表征1 7 2 2 4 电f e n t o n 实验方法1 8 2 2 5 分析方法( 电流效率材和活性艳蓝x b r 降解率w ) 1 9 2 3 结果与讨论2 0 2 3 10 2 流量对产生h 2 0 2 的影响2 0 2 3 2 溶液p h 值对产生h 2 0 2 的影响2 1 2 3 3 电极电位对产生h 2 0 2 的影响2 3 2 3 4 电极距离对产生h 2 0 2 的影响2 3 2 3 5 电极反应条件的优化2 4 2 3 6 活性艳蓝x b r 吸收峰的确定2 4 2 3 7f c 2 + 投加量浓度对降解活性艳蓝x b r 的影响2 5 2 3 8 活性艳蓝x b r 的降解动力学2 7 2 4 本章小结2 7 3 电吸附处理含铬废水的研究2 9 3 1 引言2 9 3 2 实验部分。3 0 3 2 1 实验仪器与设备3 0 3 2 2 主要试剂和材料3 0 3 2 3a c f 电极的制作3 1 3 2 4 实验方法。3 1 3 2 5c r ( v i ) 浓度的分析方法3 2 3 3 结果与讨论3 3 3 3 1 电吸附c r ( v d 的平衡时间确定3 3 3 3 2p h 对电吸附c r ( v i ) 的影响3 3 3 3 3 电极电位对电吸附c r ( v i ) 的影响3 4 3 3 4 电吸附脱附循环次数研究。3 5 3 4 结论3 6 4 钢渣除磷的研究3 7 4 1 弓言。3 7 4 2 实验部分3 8 4 2 1 实验仪器与设备3 8 4 2 2 主要试剂和材料3 8 4 2 3 实验方法。3 8 4 2 4 分析方法3 9 4 3 结果与讨论3 9 4 3 1p h 对钢渣除去模拟选矿废水中总磷的影响3 9 4 3 2 磷的起始浓度对钢渣去除模拟选矿废水中总磷的影响4 0 4 3 3 钢渣粒径对钢渣去除模拟选矿废水中总磷的影响。4 1 4 3 4 钢渣投加量对钢渣去除废水中总磷的影响4 2 4 3 5 温度对钢渣去除模拟选矿废水中总磷的影响4 3 4 3 6 钢渣对模拟废水的总磷的等温吸附曲线4 3 4 3 7 钢渣除去模拟选矿废水中总磷的动力学研究。4 6 4 4 本章小结5 0 5 全文总结与展望5 1 5 1 结论5 1 5 2 问题与展望。5 2 参考文献5 3 致谢5 9 附录。6 0 m 武汉理+ r ：大学硕+ 学位论文 1 1 引言 1 绪论 近些年来，我国工业水平不断发展，排放的工业废水逐年增加，对生态环境 造成了严重危害。如果将这些工业废水不经处理直接排放到环境中，将会对周围 的水体以及生态环境造成很大程度的破坏，其后果无法挽回。工业废水具有水量 大、水质组成成分复杂及变化大、色度深且多含有致癌物质、难生物降解等特点， 其中染料废水、含铬工业废水和选矿废水的危害极大f 。因此，如何有效治理这 些工业废水成为生态环境领域内迫切需要的重要课题。 染料废水成分复杂，按污染物来源可将其分为两类：一类是纤维原料附着的 夹带物；另一类是生产过程中所用浆料、油剂、染料和化学助剂等【2 3 】。染料从 原料生产、中问体过程到产品需要多个操作单元，其生产工艺复杂、流程长、副 反应多、成分变化大。许多染料在生产过程中经过盐析、过滤、洗涤等过程，产 生大量的母液和洗涤水，这些废水成分复杂；往往含有酸碱盐和大量有机物，增 加了废水处理的难度。 铬盐是重要的化学产品，广泛用于机械，化工，冶金，轻工等各领域。在工 业废水中，o ( v 1 ) 多以c ，o i 一、c r ：0 9 一形式存在，易于被动植物吸收，直接和间 接地危害人体健康。 磷是导致水体富营养化的关键因素。相比于生活污水，选矿废水中磷浓度很 高，往往达到几十甚至几百m g l 。如果治理不彻底，将对环境造成致命的影响。 如何处理高含磷选矿废水是我国亟待解决的重要课题。 1 2 染料废水治理技术进展 常见处理方法的染料废水处理技术有化学法、物化法、生化法以及一些优化 组合工艺等。 武汉理下大学硕士学位论文 1 2 1 物化法 1 2 1 1 吸附法 吸附法是将多孔性吸附剂将废水中的有机污染物吸附，吸附饱和后，采用脱 附剂解析【4 1 。常见的吸附剂有活性炭、大孔树脂、硅藻土、粉煤灰等。活性炭饱 和吸附量大，吸附效果较好，对于较小分子量染料分子的脱色率很高，但其价格 昂贵，且不易再生，需要不断向废水中补充，大大增加了运行成本。大孔树脂具 有高比表面积和很好的再生能力，明显优于活性炭。但对于高浓度染料废水，由 于吸附量有限，必须配合其他工艺联合处理，其他吸附剂也具有同样的问题。因 此，吸附法适合于有机物含量较小的情况。 1 2 1 2 萃取法 萃取法是将难溶于水的萃取剂，与废水充分混合，实现废水中污染物的相转 移，再将废水与溶剂分离。主要是利用了有机物在水中和在有机溶剂中的溶解度 差异，再将萃取剂与污染物分离，萃取剂通过改变温度等条件再生，同时提取去 染污物，做到变废为宝。但是萃取法比较适于特定组分废水的处理，对污染物选 择性较高，因此萃取法仅用于少数特定染料废水的处理。 1 2 1 3 膜分离法 膜分离技术的原理是通过对废水中污染物分离、浓缩、回收从而达到废水处 理的目的。在对染料废水的处理中，应用最多的是超滤和反渗透。 范莉莉等【5 j 采用一体式反渗透装置对富阳染色厂染料废水进行研究，在1 5 m p a 操作压力下，出水c o d 浓度、色度等分别为1 0 8m g l ，均符合国家一级 排放标准。膜分离技术不需要投加化学试剂，且在处理过程中不产生新的化学物 质，避免二次污染，使用简单方便，而且可从废水中回收染料，循环利用。但是 膜分离技术存在的最大问题就是膜通量会随着处理进程延长而下降，更换频率较 快，所以投资成本较高，而且膜的材质如抗酸碱性、抗腐蚀性等，也会很大程度 上影响处理效果。 2 武汉理j 1 ：大学硕十学位论文 1 2 1 4 焚烧法 焚烧法适合于处理废水中含有多种高含量有机污染物的情况。此时，一般的 处理技术无法将污染物完全回收或降解，同时经济成本较高。该方法投资较少， 且维护简单，有机物分解完全，但是有机物不能回收，热量消耗大【6 】。 1 2 1 5 湿式催化氧化法 湿式催化氧化法是在高温、高压条件下加入适宜的催化剂，加快有机物分解 速率，使废水中的有机物直接氧化。一些学者对此法进行研究，得到了较好的结 果。苏宏等1 7 】催化氧化处理染料废水，在最佳条件下，c o d 去除率8 6 3 ，色度 去除率达9 8 7 。但是该法对设备要求较高( 耐高温、耐高压、耐腐蚀) ，投资 较大f 踟。 1 2 1 6 光催化氧化法 光催化氧化法是8 0 年代兴起的新兴废水处理技术。1 9 7 2 年，f u j i s h i m a 和 h o n d a 9 l 研究了光电池中光辐射t i 0 2 催化剂持续发生水的氧化还原反应，标志着 光催化氧化技术时代的开始。目前研究最多的是非均相半导体光催化氧化法和均 相光催化氧化法两大类。光催化氧化反应条件温和、氧化能力强、适用范围广， 特别适于生物难降解有机物污染物的处理，但是投资和能耗很高，光量子效率低， 且对高浓度废水透光度较小，影响了光催化效果。 1 2 1 7 臭氧氧化法 近年来，臭氧氧化技术得到了迅速发展。在实际应用中，臭氧往往与紫外线、 超声波、催化剂、活性炭等联用来提高其氧化能力。 赵伟荣1 1 0 】用0 3 舢v 降解阳离子红x g r l 废水，反应1 0 m i n 后，染料全部 降解。 刘时松等1 1 1 】用臭氧活性炭对多种染料废水脱色。结果表明，该方法对大部 分染料废水脱色率达9 0 以上，c o d 去除率达到8 0 以上。 1 a r s l a 1 2 j 用f e 2 + 0 3 催化氧化法处理分散染料废水，发现当臭氧浓度为 2 3 0 0 m g l 、f e 2 + 浓度为o 0 9 1 8m m o l l 、废水p h 为3 1 3 时，脱色率、c o d 的 去除率分别为9 7 和5 4 。臭氧与其他水处理技术联用越来越多地应用于染料 3 武汉理工大学硕十学位论文 废水处理，但是仍存在一些问题，如：催化剂浪费和水的二次污染，吸附剂再生 性差，滤膜价格昂贵等。 1 2 1 8 超声氧化法 超声化学氧化法的其原理是利用超声辐射溶液产生的高温空化气泡及强氧 化性物质( 如o h ) ，使有机污染物完全矿化且无二次污染。但是目前所研究仅 限于实验室针对某少数几种染料废水的处理，工业化应用还有许多问题亟待解 决。 1 2 2 生化法 染料废水生化需氧量低，难于生物降解，因此传统生物处理如好氧法、厌氧 法，单纯的用于染料废水处理效率不高，强化生物技术和组合工艺备受关注。 1 2 2 1 厌氧好氧工艺 该工艺原理是将难降解大分子在厌氧菌的作用下水解、酸化，分解成小分子 有机物，这样增加了好氧过程的可生化降解性，再被好氧微生物分解成无机分子。 杨虹等【”】采用厌氧好氧联用工艺处理印染废水，发现染料脱色主要发生在 厌氧阶段，通过厌氧预处理，b o d c o d 比值由0 1 5 提高到o 3 7 ，大大提高了生 化可降解性。娄金生等【1 4 】采用厌氧好氧工艺处理染料废水，取得了良好效果， 脱色率大于9 5 c o d 去除率大于9 0 。 1 2 2 2 生物强化处理技术 生物强化技术是通过改善系统的外部环境条件，以提高对难降解有机物的生 物降解能力。大量研究表明1 1 5 1 ，白腐真菌对染料废水脱色率较高。其中 p h a n e r o c h a e t ec h r y s o s p o r i u m 真菌对偶氮染料、三芳基甲烷染料、杂环染料和络 合染料都有很好的降解效果，降解率达到8 8 以上1 1 6 1 。我国研究白腐真菌起步 较晚，且大多停留在对菌种的品系筛选和培养条件等方面的研究。 1 2 2 3 膜生物反应器处理技术 该技术作为一种新型污水处理工艺，发展了传统活性污泥法和膜分离技术优 4 武汉理工大学硕十学位论文 点，通过膜片提高某些专属菌的浓度和活性，同时截留许多分解速度较慢的大分 子难降解物质，从而延长了停留时间提高对它的降解率。 k i mth 等【1 7 l 采用白腐真菌膜处理活性黑5 、活性蓝1 9 和活性蓝4 9 ，使用 纳滤反应器的脱色率分别达到9 8 8 、7 6 2 、9 6 8 ，使用反渗透生物反应器 的脱色率分别达到9 9 1 、7 6 9 、1 0 0 。 1 3 电化学废水治理技术 电化学方法治理染料废水，其原理是利用电解作用，氧化打破染料分子的共 轭体系结构如n = n 、 c = c c = o 、n 0 2 等发色体系，使之变成无色 的有机分子后进一步矿化。近年来，电化学科学和电力工业的迅速发展，大大降 低了处理成本，电化学废水处理技术的报道屡见不鲜。从原理上可以分为电氧化、 电还原、电吸附、电凝聚和电气浮等。废水的电化学净化根据电极反应发生的方 式不同，可分为内电解法、电凝聚电气浮、电催化氧化等。其中，关于电气浮和 电凝聚的已有大量报道，并成功应用于工业化生产。 高良进等【1 8 】用高压脉冲电凝聚浮上法处理丝绸印染废水，出水色度去除 9 5 ，各项指标均能达到排放标准。 尚国平等【1 9 j 用高压脉冲电源，并对电解槽、气浮池进行改造后处理印染废水， 出水色度去除率9 4 ，c o d c , 去除率8 1 。 1 3 1 电氧化还原 1 3 1 1 电氧化 电氧化的研究始于1 9 世纪，而大规模研究开始于2 0 世纪7 0 年代i 矧。其原 理是通过阳极反应直接降解有机物污染物，或通过阳极反应产生的强氧化剂如羟 基自由基、臭氧等间接降解污染物，降解途径使有机物完全分解，不易产生有毒 中间产物和二次污染，该方法也称为电催化氧化技术，是一种环境友好的高级氧 化技术 周艳伟等人1 2 1j 采用恒电位隔膜电解槽处理偶氮染料苋菜红，并对在活性炭纤 维( a c f ) 电极的电化学氧化行为进行了研究，发现阳极氧化行为符合一级反应动 力学方程，得到了苋菜红在活性炭纤维电极上的氧化电位为0 6 v 。 f a r m e r 等1 2 2 彩j 研究开发了一种媒介氧化的电氧化技术来处理混合性有毒有 5 武汉理： 火学硕士学位论文 机废水。典型的媒介离子有a 9 2 + 、c o “、f e “、c e + 和n i 2 + 【2 5 2 7 l 。借助于低价态 稳定的金属离子，在阳极生成高价态活泼金属离子，降解废水中有机物，同时会 有o h 生成，增强有机物的氧化降解。 1 3 1 2 电还原 电还原技术即通过阴极去除污染物，虽然对染料电还原脱色研究并不多见， 但结果表明，电化学阴极也是处理染料废水的有效手段之一。其中氧气在阴极的 电还原过程对处理染料废水具有重要意义。这主要因为氧气在阴极的电还原产生 强氧化剂h 2 0 2 与羟基自由基o h ，与阳极过程相类似。由于o h 等对氯代有机 物的氧化活性很低，电化学还原脱氯成为目前很有价值的研究方向。这一类反应 可以在1 3 v ( v s s c e ) 电位范围内实现，可以选择性脱除氯原子，所的产物可以 借助生物法等手段去除。 1 3 2 电吸附 电吸附( e l e c r t o s o p r t i o n ) 是近些年发展起来的一种新型水处理方法，其理论基 础是电化学理论和吸附分离理论。电吸附过程是一种不涉及电子得失的非法拉第 过程，相对于电氧化还原，电吸附所需电流仅用于给电极溶液界面的双电层充 电，其本质是一个低电耗过程幽j 。当电极饱和后可以通过电极反接使吸附剂再生， 避免采用热再生法，进一步节约了能耗。吸脱附过程不引入其他物质，相对于其 他的水处理方法，电吸附具有投资少、能耗低、无二次污染、使用寿命长和易再 生等优点【矧，是一种经济高效的技术。早在2 0 世纪6 0 年代，电吸附技术就被 用于海水除盐的研究，随着电极材料的发展，电吸附技术应用越来越广泛。研究 表明，电吸附可用于去除废水中各种无机离子，包括重金属离子和其他有害离子， 也可用于水中的有机物以及废水中的放射性元素的回收。 1 3 2 1 电吸附除盐 海水淡化是解决全球水资源危机的重要途径【3 0 】，代凯等控制电压稳定在 2 0 v ，进水流量为l o m l m i n ，盐浓度为5 0 0 0 m g l ，发现当电极数目为6 0 片时， 出水盐浓度可以达到5 0 0 m g l ，脱盐率高达9 0 。 6 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 2 2 电吸附去除废水中重金属离子和其他有害离子 孙奇娜等1 3 2 j 对载钛活性炭电吸附去除水中c r ( v i ) 进行了研究。结果表明，当c r ( v i ) 的初始质量浓度为2 0 m g l ，施加1 2 v 的电压电吸附处理3 h 后，水质达到 国家排放标准，经4 次电脱附再生后电吸附率仍保持在8 0 以上。 陈榕等田j 研究了活性炭毡对s c n 。的电吸附行为。实验结果表明：正极化使 s c n 的吸附提高，而负极化可以使被吸附的大部分s c n 脱附，当p h = 3 时，s c n 表现出最大饱和吸附量。 1 3 2 3 电吸附去除废水中有机物 a n i a 等【蚓研究发现阳极极化能显著提高除草剂噻草平在活性碳布上的吸附 率。 k i t o u s 等1 3 5 l 研究发现，在恒电位5 0 m v 的条件下，固定床的吸附容量比不加 电压时吸附速率和吸附率都提高了1 倍。另外研究表明，电吸附对多种有机物的 很强的吸附能力，如m 甲酚l 矧、苯酚【3 7 1 、苯胺【3 8 l 等，但对于不同有机物的电吸 附效果和吸附机理有所不同。 1 4 电f e n t o n 技术 电f e n t o n 法原理是在酸性溶液中，通过电解的方式，使0 2 在阴极反应生成 h 2 0 2 ，生成的h 2 0 2 能迅速与溶液中f c z + 反应生成f c 3 + 和o h ，利用- o h 无选择 性的强氧化能力去除难降解有机物，f c 3 + 又能在阴极被还原成f e 2 + 从而使氧化还 原反应循环进行。它能有效处理醚类、氯酚类、硝基苯酚类、芳香族胺类、多环 芳香族等有机污染物，与其他高级氧化技术相比具有简单、高效等优点。 目前在传统f e n t o n 法基础上人们通过改变反应条件开发出了一系列改进的 f e n t o n 和类f e n t o n 试剂，并主要向两个方面发展，其一是把紫外光引入f e n t o n 体系的光f e n t o n 法；其二是利用电解反应产生f e n t o n 试剂的电f c n t o n 法。前者 因存在光量子效率低和自动生成h 2 0 2 不完善等缺点，因此人们把研究重点转移 到电f e n t o n 法上，国内外学者对电f c n t o n 技术进行了大量研究。 郑曦1 3 9 j 等以多孔石墨为电阴极处理工业染料废水，电解时在阴极通以氧气或 空气，控制电压为2 v ，实验结果表明，废水出水的c o dc r 和b o d 5 去除率均在 8 0 以上，色度去除率大于9 5 。 7 武汉理- t 大学硕士学位论文 谢清杰【加j 等用不锈钢片作阳极电f c n t o n 法降解六氯苯模拟废水，实验结果 表明，在外加电压5 v 、初始p h 为2 5 、电解质n a 2 s 0 4 投加量为o 0 5m o l l 、 h 2 0 2 的投加量为5 0 0 m g l 1 的情况下，处理3 h 后六氯苯去除率高达9 6 9 6 。相 比国内，国外对于电f e n t o n 技术的研究报道很多。 s c h o u 4 1 l 等采用电f e n t o n 法进行了降解高浓度六甲撑四胺废水的试验研究。 试验中采用铁、钛、铅、石墨等4 种不同的阴极材料，发现铁阴极产生的电流 效率最高，反应5 h 后c o d 去除率达到9 4 以上，处理效率远高于传统f c n t o n 试剂。当p h 2 5 时，溶液中出现f e ( o h ) 3 沉淀，导致电流效率大幅度下降。 y h h u a n g 4 2 j 等采用直接电解法、传统f e n t o n 法、电f c n t o n 法分别处理工厂c o d 高达1 1 0 0 0 m g l 废水，通过对比研究发现直接电解法对c o d 基本没有去除效果； 传统f e n t o n 法的去除率为3 6 而同等条件下电f c n t o n 法对c o d 的去除率远高 于前两者达到8 9 ，且当过氧化氢投加量增加一倍时，c o d 去除率达9 8 。因 此，电f e n t o n 法处理高浓度废水的优势显著。 h s i a oy 等1 4 3 j 用石墨阴极对酚和氯苯的矿化进行了研究，f e 2 + 和h 2 0 2 的再生 均在阴极上进行。结果表明，酚和氯苯的氧化率较普通f c n t o n 法有明显提高， h 2 0 2 的产量取决于p h 值，低p h 对生成h 2 0 2 有利。m p a n i z z a 删等利用电f e n t o n 法处理高浓度萘磺酸和葸醌磺酸的工业废水，最佳条件下c o d 和色度去除率分 别为8 7 和8 9 。 q i q u a nw a n g 等【4 5 j 用铁阳极牺牲电f c n t o n 法对对杀虫剂二嗪农进行了研究。 在电流5 0 m a 下，反应在两个以盐桥连接的2 5 0 m l 烧杯中进行，两极以不同浓 度的n a c l 作支持电解质外加过氧化氢构成f e n t o n 试剂。实验结果表明，电解 质浓度对电流效率有影响，当阴阳极浓度比为4 ：1 时去除率达到最大，二嗪农 的电氧化速率符合a f t 的动力学模型。c h o us h a n s h a n 等【4 1 l 用传统f c n t o n 和电 解反应器联用方式对六胺废水降解情况进行研究，电解过程将f e 2 ( s 0 4 b 或 f e ( o h ) 3 淤泥转化为f c 2 + 。实验表明电助f c n t o n 的处理效率远高于传统f e n t o n 法和直接电解法。 s h e n ghl 等m j 用絮凝一电f e n t o n - - s b r 联用工艺处理垃圾渗滤液。经絮凝 预处理后，c o d 和色度去除率分别达到5 0 ，然后用电f e n t o n 法进一步