電化學氧化耦合納米催化微電解技術(shù)處理腈綸廢水的靜態(tài)實驗研究

程 迪，邱 峰，李長波，馬會強，周 磊，李 卓，辛 鑫，高 璇

(遼寧石油化工大學環(huán)境與生物工程學院，遼寧 撫順 113001)

腈綸廢水屬于難降解有毒工業(yè)廢水，濃度高，毒性大[1]。目前采用的生化處理工藝難以使腈綸廢水達標排放，在研的多種物化和生化組合處理工藝工業(yè)應(yīng)用前景不明朗[2]。電化學氧化[3]耦合納米催化[4，5]微電解技術(shù)是一種新的廢水處理方法，它通過析氯電極產(chǎn)生的強氧化劑結(jié)合納米催化技術(shù)來降解和消除廢水中有機物，在處理腈綸廢水時作用顯著。作者在此以撫順腈綸廠生化池出水為研究對象，以CODCr和NH3-N去除率為考核指標，對電化學氧化耦合納米催化微電解技術(shù)處理腈綸廢水進行了靜態(tài)實驗研究。

1 實驗

1.1 實驗用水及儀器

實驗用水為撫順腈綸廠生化池出水。其CODCr濃度為227 mg·L-1、NH3-N濃度為110 mg·L-1。

納米催化微電解槽，波鷹(廈門)科技有限公司。采用納米催化鈦基陽極進行實驗分析。

1.2 方法

腈綸廢水存放于進水桶中，經(jīng)蠕動泵提升后進入電解槽，調(diào)節(jié)電流強度、水力停留時間、電解質(zhì)投加量等參數(shù)，反應(yīng)一定時間后取出水樣，測定CODCr、NH3-N濃度。由于本實驗屬于靜態(tài)實驗，是動態(tài)實驗的基礎(chǔ)，因此各項參數(shù)設(shè)置比較小。流程圖如圖1所示。

圖1 靜態(tài)實驗流程圖

1.3 分析測試

CODCr采用重鉻酸鉀滴定法(GB 11914-89)測定；NH3-N采用納氏比色法(GB 7479-87)測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 CODCr去除效果

2.1.1 電流強度對CODCr去除效果的影響(圖2)

圖2 電流強度對CODCr去除率的影響

由圖2可以看出，電流強度對CODCr的去除有一定的影響，隨著電流強度的增大，CODCr濃度由原水的227 mg·L-1降至173 mg·L-1，去除率為23.8%。這是因為，在實驗過程中，析氯電極電解時會產(chǎn)生Cl2，使電極板出現(xiàn)大量的氣泡，造成電流效率的降低；同時溶液中HClO等強氧化中間體的增加，加速了廢水中有機物的降解，從而提高了CODCr去除率。由于靜態(tài)實驗的電流強度不易過大，因而CODCr去除率比較低，進行動態(tài)實驗時，CODCr去除率會因為流動性而有所提高。

2.1.2 水力停留時間對CODCr去除效果的影響(圖3)

圖3 水力停留時間對CODCr去除率的影響

由圖3可以看出，水力停留時間對CODCr的去除影響顯著，隨著水力停留時間的延長，CODCr濃度由原水的227 mg·L-1大幅降至80 mg·L-1；當水力停留時間達到10 min時，去除效果較好，CODCr去除率達到64.76%，滿足GB 8978-1996中一級排放指標(CODCr≤100 mg·L-1)。這是因為，電化學氧化反應(yīng)的特點是以電極為媒介，污染物必須首先吸附于電極表面，然后放電，而電極表面的活性位數(shù)量是一定的，因此，在不考慮非目標污染物競爭的情況下，當電極表面吸附達到飽和時，電極對污染物的反應(yīng)速率即達到極限值；此時，增大進水濃度也無法繼續(xù)提高反應(yīng)速率；而在反應(yīng)速率達到極限值之前，增大進水濃度會加快反應(yīng)速率，但是參加反應(yīng)的污染物數(shù)量占總量的比例下降，也會使去除率下降。

2.1.3 電解質(zhì)投加量對CODCr去除效果的影響

靜態(tài)實驗采用的是析氯電極，以NaCl作為電解質(zhì)。當電流強度為3 A時，考察電解質(zhì)投加量對CODCr去除效果的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 NaCl投加量對CODCr去除率的影響

由圖4可以看出，NaCl投加量對CODCr的去除影響不大，當NaCl投加量為3‰時，CODCr濃度由原水的227 mg·L-1降至194 mg·L-1，去除率僅為14.5%。

2.2 NH3-N去除效果

2.2.1 電流強度對NH3-N去除效果的影響(圖5)

圖5 電流強度對NH3-N去除率的影響

由圖5可以看出，電流強度對NH3-N的去除有一定的影響，隨著電流強度的增大，NH3-N濃度由原水的110 mg·L-1大幅降至10 mg·L-1，去除率達到90.9%。這是因為，在反應(yīng)過程中，由于電極對NH3-N的電化學氧化能力不斷增強，NH3-N除了大部分被氧化為N2外，部分轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮等其它形式的氮，因此提高了NH3-N的去除率，動態(tài)實驗時，效果會更加顯著。相對于CODCr去除，電流強度對NH3-N去除的影響更大。

2.2.2 水力停留時間對NH3-N去除效果的影響(圖6)

圖6 水力停留時間對NH3-N去除率的影響

由圖6可以看出，水力停留時間對NH3-N影響顯著，隨著水力停留時間的延長，NH3-N濃度由原水的110 mg·L-1大幅降至3.3 mg·L-1，去除率達到97%，去除效果非常好。與CODCr去除相比，NH3-N去除的最佳時間(8 min)提前了2 min，但是去除效果好很多。這是因為，隨著水力停留時間的延長，水中Cl-濃度相應(yīng)增加，提高了間接電化學氧化氨氮的能力，致使NH3-N去除率升高。相對于CODCr去除，水力停留時間對NH3-N去除的影響更大。

2.2.3 電解質(zhì)投加量對NH3-N去除效果的影響

當電流強度為3 A時，考察電解質(zhì)NaCl投加量對NH3-N去除效果的影響，結(jié)果見圖7。

圖7 NaCl投加量對NH3-N去除率的影響

由圖7可以看出，NaCl投加量對NH3-N的去除有一定的影響，當NaCl投加量為5‰時，NH3-N濃度由原水的110 mg·L-1大幅降至5.2 mg·L-1，去除率達到95.27%。這是因為，投加NaCl在腈綸廢水中引進了Cl-，同時由于HClO強氧化劑的存在，加速了電化學氧化氨氮的速度，造成NH3-N濃度下降、去除率上升。相對于CODCr去除，NaCl投加量對NH3-N去除的影響更大。

3 結(jié)論

靜態(tài)實驗中，電化學氧化耦合納米催化微電解技術(shù)對腈綸廢水中NH3-N的去除效果明顯，且受到電流強度、水力停留時間和電解質(zhì)投加量三個因素的影響；對CODCr的去除效果不佳，受水力停留時間的影響比較顯著，當水力停留時間為10 min時，出水CODCr濃度能滿足GB 8978-1996中一級排放指標(CODCr≤100 mg·L-1)。為進一步的動態(tài)實驗奠定了基礎(chǔ)。

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