苯酚废水电化学处理方法研究_黄升谋

采用电芬顿-磁固定化菌株耦合体系治理苯酚废水的研究1. 引言1.1 研究背景苯酚是一种广泛存在于工业废水中的有机物质，具有强烈的毒性和致癌性，对环境和人类健康造成严重危害。

当前，苯酚废水的治理成为环境保护领域的重要课题。

传统的生物处理方法存在效率低、处理周期长等问题，因此寻求一种高效、快速、可持续的治理技术显得尤为重要。

在此背景下，本研究旨在探究采用电芬顿-磁固定化菌株耦合体系治理苯酚废水的可行性和效果，为提高废水处理效率和降低治理成本提供实用技术支持。

1.2 研究目的研究目的是通过采用电芬顿-磁固定化菌株耦合体系治理苯酚废水，实现对苯酚的高效降解与去除，探索一种环境友好、高效的废水处理技术。

通过研究，旨在验证该耦合体系在苯酚废水处理中的可行性和效果，为苯酚废水的治理提供新的思路和方法。

也旨在为环境保护和废水治理领域的相关研究提供借鉴和参考，推动废水处理技术的进步和发展。

通过本研究的开展，期望能够为解决苯酚废水治理难题提供具有实践意义和科学价值的技术方案，为推动环境可持续发展做出贡献。

1.3 研究意义苯酚是一种广泛应用的有机化合物，但苯酚废水的排放对环境和人类健康造成了严重的影响。

传统的废水处理技术存在效率低、耗能高、废物处理困难等问题，因此迫切需要一种高效、低成本的苯酚废水处理技术。

本研究旨在探讨采用电芬顿-磁固定化菌株耦合体系治理苯酚废水的方法，通过结合电化学和生物技术的优势，有效降解苯酚废水中的有机物污染物。

这种耦合体系在苯酚废水处理方面具有较高的效率和环境友好性，有望成为苯酚废水治理领域的新兴技术。

研究结果将为苯酚废水的高效处理提供新的思路和技术支持，有助于改善环境质量、保护生态环境，为促进可持续发展做出贡献。

本研究也为电芬顿技术在废水处理领域的应用拓展了新的范围，具有一定的学术和应用价值。

【字数：213】2. 正文2.1 电芬顿-磁固定化菌株耦合体系原理电芬顿-磁固定化菌株耦合体系是一种将电化学氧化和生物降解结合起来的高效废水治理技术。

第7卷第12期环境污染治理技术与设备Vol .7,No.122006年12月Techniques and Equi pment for Envir on mental Polluti on Contr olDec.2006电催化氧化法降解苯酚废水的实验研究景长勇　霍保全(中国环境管理干部学院环境工程系,秦皇岛066004)摘　要　应用自制电化学反应器对废水中苯酚的电催化氧化处理进行了研究,实验了阳极材料、电流密度、电解时间、电极间距离、废水pH 值、废水电导率等对苯酚电解去除效果的影响,确定了最佳的处理条件。

在电流密度为30mA /c m 2,电解时间为80m in,电极间距离为2cm,废水pH 值在7～8之间,废水电导率为1100μs/cm 的处理条件下,苯酚的电解处理去除率可达97%以上。

利用T OC 测定仪、紫外光谱和红外光谱等仪器分析的方法对苯酚降解过程中的产物进行了分析。

关键词　苯酚　电催化氧化　电解中图分类号　X506 文献标识码　A 文章编号　100829241(2006)1220108204Electr i c ca t a lyti c ox i da ti on trea t m en t of phenol i n wa stewa terJ ing Changyong Huo Baoquan(Depart m ent of Envir onmental Engineering,Envir onmentalManagement College of China,Q inhuangdao 066004)Abstract The treat m ent of phenol in waste water with the electr oche m ical react or is studied .Fact ors affect 2ing the re moval rate were investigated,such as anode material 、v oltaic density 、electr olysis ti m e 、interelectr ode dis 2tance 、pH and conductivity of waste water etc .A t the op ti m al conditi ons of voltaic density 30mA /c m 2,electr olyse ti m e 80m in,interelectr ode distance 2c m ,pH 7～8and conductivity 1100μs/c m ,the re moval rate of phenol can be more than 97%.And the m iddle outcome of the treat m ent is studied with apparatus analysis methods of T OC and UV and I R.Key words phenol;electric catalytic oxidati on;electr olysis资助项目:河北省科技厅课题(02276703D )收稿日期:2005-11-11;修订日期:2006-08-04作者简介:景长勇(1980～),男,硕士研究生,讲师,主要从事废水处理技术方面的研究。

农业环境科学学报2005,24(增刊):158-160J ournal of A gro-Env iron m ent Science苯酚废水处理的试验研究程爱华1,2,李 杰1,3,王亚娥3(1.西安建筑科技大学环境与市政学院,陕西西安 710055;2.西安科技大学地质与环境工程系,陕西西安 710054;3.兰州交通大学环境科学与环境工程学院,甘肃兰州 730071)摘要:通过试验对比了活性炭吸附法、电解法、活性炭填充电极电解法处理苯酚废水的效果,探讨了其反应机理。

在对影响处理苯酚废水去除率的各种要素如反应时间、电流密度、原水浓度、p H值等进行条件试验后,得出了去除苯酚静态试验的最佳条件。

对活性炭填充电极电解法处理苯酚废水而言,电流密度、原水浓度、p H值的影响不大,最佳反应时间为60m i n,最佳N aC l投加量为0.2%。

关键词:活性炭吸附法;电解法;活性炭填充电极电解法;酚;静态试验中图分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:1672-2043(2005)增刊-0158-03Exper i m entalR esearch on t he Treat m ent of PhenolW aste waterC HENG A i-hua1,2,L I Jie1,3,WANG Y a-e3(1.Env iron m ental and M un i c i pal Co ll ege,X i an U n i ve rsity o f A rch itecture and T echno logy,X ia'n710055,Chi na;2.D ept.o f G eology and Env iron m enta l Eng i neeri ng,X i a'n U n i versity of Sc i ence and T echno logy,X i a'n710054,Ch i na;3.Co ll ege o f Env iron m ental Science and Eng ineer i ng,L anz hou Ji ao t ong U n i ve rs i ty,L anzhou730071,Ch i na)Abstrac t:Pheno,l as a k i nd o f po ison,ex ists i n m any che m i ca l and phar m aceutica,l pe troche m i ca l i ndustrial and re lated i n dustr i es.T he re f o re the remova l of pheno lw aste w ater is o f env iron m ental i nte rest.The remova l of pheno l i n w aste w ater by t he acti vated carbon,the electro l ys i s and the electro l ysis o f ac ti vated ca rbon w ere compared.T he resu lts sho w ed t hat t he resi dence ti m e,density o f e lectr i c curren t,concen trati on o f the pheno lwastewa ter and p H a ll affec ted the decompositi on o f pheno.l Com pared w ith acti vated carbon and t he e l ec tro lysis,the e lectro l ysis o f acti v ated carbon show ed best pheno l re m ov i ng effects,due to t he j o i ned functi on of adsorption,ox i dation reducti on and cata l ys i s.T he density of e l ectric current,concentra ti on o f the phe nol wastewa ter and p H had little e ffects on the e l ec tro lysis of acti va ted carbon,wh ile the dispo si ng e ffect was g reatly affec ted by the infl uent conduc tiv ity and reac ti on ti m e.The remova l e fficiency o f pheno lm a i nta i ned m ore t han95%a t60m i nu te o f reacti on ti m e and addi ng0.2%N aC.l T he e lectro l ysis o f acti vated carbon m ay have a w i de applica tion pro spect as a ne w t ype m ate rial o f wastewa ter treat m ent si nce its lo w cost,si m ple operati on and be tter re m ova l effic i ency,and realize the m ean wh ile con ti nua ti on of adsorption and regenerati on.K eywords:activated carbon;e lectrolysis;the electro l ys i s of activated ca rbon;pheno;l static test苯酚是一种高毒物质,主要存在于炼油、煤气洗涤、炼焦、造纸、合成氨、木材防腐、石油化工、化学、制药、油漆、涂料、塑料农药等企业的生产废水中。

电化学法降解苯酚废水的实验研究3景长勇1　楼静1　廉冬青2　李敬苗1(1.中国环境管理干部学院　河北秦皇岛066004;　2.秦皇岛市海港区萃文中学　河北秦皇岛066004) 摘　要　应用自制电化学反应器对废水中苯酚的电催化氧化处理进行了研究,实验了电解槽结构、电流密度、电解时间、电极间距离、废水pH 值、废水电导率等对苯酚电解去除效果的影响,确定了最佳的处理条件。

在电流密度为30m A/cm 2,电解时间为80m in ,电极间距离为2cm ,废水pH 值在7-8之间,废水电导率为1100μS/cm 的处理条件下,苯酚的去除率可达98%以上。

利用T OC 测定仪、紫外光谱和红外光谱等仪器分析的方法对苯酚的降解产物进行了分析。

关键词　苯酚　电催化氧化　电解The E lectric C atalysis Oxidization T reatment of Phenol in W astew aterJ ING Changy ong 1　LOU Jing 1　LIAN D ongqing 2　LI Jingm iao 1(1.Environmental Management College o f China Qinhuangdao ,H ebei 066004)Abstract The treatment of phenol in wastewater with the electrochem ical reactor is studied in this paper.Factors affecting the rem oval rate are investigated ,such as electrobath con figuration 、v oltaic density ,electrolyse time ,interelectrode distance ,pH and conductivity of wastewa 2ter ,etc.and the optimal treatment condition is determ ined.The rem oval rate of phenol can reach above 98%under such conditions as theoptim al conditions of v oltaic density 30m A/cm 2,electrolyse tim e 80m ins ,interelectrode distance 2cm ,pH 7-8and conductivity 1100μS/cm.The degradation products of the treatment is analyzed with T OC ,UV and IR.K eyw ords phenol electric catalysis oxidization electrolyse 本文应用自制电化学反应器对废水中苯酚的电催化氧化[1-4]处理进行了研究,实验了阳极材料、电流密度、电解时间、电极间距离、废水pH 值、废水电导率等对苯酚去除效果的影响,确定了最佳的处理条件。

羟基铁交联累托石电化学处理苯酚废水段颖姗;陈云;王营茹;黄升谋;冯文瑄;陈金毅;孙家寿【摘要】Hydroxy-ferrum prepared by ferric chloride as the cross-linking agent, the modified rectorite composite was prepared successfully when the optimum reaction conditions were as follows; the pH 5, the addition of ferric chloride 10 mmol/grectorite, the liquid-solid ratio 5: 1, the reaction time 4 h, the temperature 60 t. Then the phenol wastewater was degradated by electrochemical method with modified rectorite composite. The results indicate that modified rectorite composite shows good function on the treatment of phenol waste water and the degradation rate reaches over 95% when voltage is 6 V, NaCl electrolyte solution is 0.1mol/L, pH of phenol is 4, initial mass concentration of simulate phenol waste water is 200 mg/L.%利用三氯化铁制备羟基铁交联剂,当pH值为5,FeCl3.6H2O固体投加量为10mmol/g累托石,液固比为5:1,反应时间为4h,反应温度为60℃时,成功制备了改性累托石复合材料.利用制备的羟基铁交联累托石复合材料电化学处理含苯酚废水,结果表明:当电压为6V,电解质NaCl浓度为0.1 mol/L,苯酚pH值为4,苯酚质量浓度为200 mg/L时,该复合材料能够很好地催化降解苯酚废水,其降解率可达到95％以上.【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2012(034)004【总页数】4页(P35-38)【关键词】羟基铁;交联累托石;电化学;苯酚【作者】段颖姗;陈云;王营茹;黄升谋;冯文瑄;陈金毅;孙家寿【作者单位】武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北武汉430074;襄樊学院化学工程与食品科学学院,湖北襄阳441053;武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北武汉430074;武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北武汉430074;襄樊学院化学工程与食品科学学院,湖北襄阳441053;武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北武汉430074;武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北武汉430074;武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】X7030 引言累托石[1]是二八面体云母与二八面体蒙脱石1∶1规则间层矿物，其结构层间孔径在使用不同离子进行离子交换后，可形成1.5～4 nm之间的大孔径柱状二维结构.它在大范围的酸碱、水热、温度条件下具有良好的交换性、膨胀性、粘结性和热稳定性等.基于累托石的特殊结构和优良特性，人们对它的应用进行了更进一步的研究.孙冬兰[2]在常温下合成钛层柱累托石TiO2-CLR，孙家寿等[3-10]对累托石进行改性，制备出一系列污水处理剂.而利用羟基铁改性累托石处理苯酚废水的研究鲜见报道.本文探讨了无机大分子羟基铁离子与累托石进行交联反应制备铁交联累托石的条件并研究了其对废水中苯酚的电化学处理性能.1 试验材料和方法1.1 试验材料与仪器试验所用试剂主要有：FeCl3，NaCl，FeCl3·6H2O，NaHCO3，NH4CL，苯酚，4-氨基安替比林(C11H13N3O)，铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])，均为市售分析纯(AR). 试验所用累托石：为湖北名流累托石科技股份有限公司所提供[11].试验所用仪器：主要有TG16-П高速离心机(长沙平凡仪器仪表有限公司)；DF-101S集热式磁力加热搅拌器(金坛市岸头国瑞试验仪器厂)； UV-2800型紫外可见分光光度计(上海朗柏仪器有限公司)；3-30K高速台式离心机(德国SIGMA公司)；Dk-98-Ⅱ数显电热恒温水浴锅(天津市泰斯特仪器有限公司)等.1.2 羟基铁交联累托石复合材料的制备取一定量累托石于烧杯，加入蒸馏水混合搅拌均匀，缓缓加入FeCl3·6H2O固体，在一定温度下搅拌2 h，离心洗涤.取出膏状累托石配制成累托石混合液，缓缓加入NaHCO3固体粉末调节pH，达到不同的OH/Fe，陈化1 d.再离心洗涤，移置培养皿80 ℃下烘干，研磨，过筛得羟基铁交联累托石复合材料，备用.1.3 试验用的模拟废水用试剂苯酚配制成质量浓度约为100 mg/L的试验用模拟苯酚废水.1.4 复合材料电化学处理试验试验装置如图1所示，主要由反应器、平板电极和层柱累托石填料组成.其中电极反应器为用有机玻璃制成矩形槽体.规格为：10 cm×8 cm×5 cm；反应器两端各装一块平板电极(正极用Ti料板，负极用钢板)作为馈电极(极间距为2 cm，电压为4 V)；填料即为所制备的羟基铁交联累托石.试验方法为：将称量好的羟基铁交联累托石复合材料放入盛有200 mL苯酚模拟废水的反应器中，加入适量电解质NaCl，在一定电压下通电一段时间后测定溶液中残余苯酚含量，并计算苯酚的去除率以评价其性能.图1 电化学反应器示意图Fig.1 Schematic diagram of three-dimensionalelectrodes苯酚的测定使用4-氨基安替比林直接分光光度法[12].计算公式如下：ρ为苯酚去除率%；Ci为苯酚的初始质量浓度，Ce为处理后上清液中苯酚的质量浓度.2 结果与讨论2.1 电压对苯酚降解率的影响取200 mL，100 mg/L的苯酚溶液，置于250 mL烧杯中，并加入0.292 g NaCl(CNaCl=0.025 mol/L)，磁力搅拌(搅拌速度约为100 r/min)，使其迅速溶解测原液苯酚吸光度.在接通电源的同时加入改性的复合累托石材料0.2 g，固定极板间距为2 cm，电压分别为4、6、8 V.搅拌2 h，每隔20 min取样，离心取上清液测吸光度.试验结果如图2所示.图2表明，电压增大，增加了溶液中带电粒子运动的推动力，导致溶液中·OH基团浓度升高，使电荷与有机物接触的机会增多，有利于苯酚氧化反应进行.图2 不同电压下苯酚降解率Fig.2 Degradation rates of different voltages of phenol通电过程中，H2O2是电化学氧化处理有机废水过程中最重要的中间产物.水和溶解氧电解产生[13]过氧化氢，它可以在电极上进一步氧化或还原而生成·HO2、·HO等活性自由基，这个过程中氧化降解有机物的主要活性物种发生如下反应：H2O2-e → HO2 + H+H2O2+e → OH-+·HO羟基铁复合材料起到的作用不仅是吸附苯酚，而且促进·HO2、·HO等活性自由基的生成.根据试验结果,选择电压6V作为后续试验的研究条件.2.2 电解质NaCl浓度对苯酚降解率的影响按2.1选取的试验条件，改变NaCl加入量分别为0.292 g NaCl(CNaCl=0.025 mol/L)、0.585 g NaCl(CNaCl=0.05 mol/L)、1.17gNaCl(CNaCl=0.1 mol/L)进行试验，试验结果如图3所示.图3 不同电解质浓度下苯酚的降解率Fig.3 Degradation rates of different electrolyte concentrations of phenol图3表明，相同电压下，随着NaCl浓度升高，电导率增大，电流迅速增大(依次为0.15、0.28、0.50 A左右)，苯酚去除率增加.因在有Cl-离子时电解过程中产生ClO-，从而增大了对有机物的氧化降解能力.总体来说，电解质浓度影响不占主导地位.故选择NaCl浓度0.1 mol/L为后续试验条件.2.3 溶液pH对苯酚降解率的影响按2.2选取的试验条件，分别调节苯酚为酸性pH=4、中性pH=7、碱性pH=10进行试验，试验结果如图4所示.图4表明，pH=4时对苯酚的去除率比pH=7和pH=10高，说明酸性环境有利于苯酚的去除.这与阳极副反应氧的析出有关，因为在碱性溶液中阳极更易发生析氧反应，从而降低了苯酚的氧化速度.pH值为4左右的范围时，Fe2+稳定性好，能充分与电解生成的H2O2反应生成强氧化性的羟基自由基·OH；而当pH>4时，苯酚降解率反而有所下降，因为pH值过高，加速了H2O2自身分解作用，减缓了苯酚的降解.综上所述选择pH=4为最佳条件.图4 不同pH时苯酚的降解率Fig.4 Degradation rates of different pH of phenol2.4 苯酚初始浓度对苯酚降解率的影响按2.3选取的试验条件，移取200 mL，质量浓度分别为50、150、200 mg/L的苯酚溶液进行试验，试验结果如图5所示.图5 不同浓度苯酚的降解率Fig.5 Degradation rates of differentconcentrations of phenol图5表明，苯酚浓度越低，处理得越快，在40 min内高浓度的苯酚都可有很好的去除率.该试验研究的材料及处理方法对中等及较高浓度苯酚都有较好的处理效果.从经济节能角度来看，处理较高浓度苯酚性价比较高.故选用200 mg/L苯酚为后续试验研究条件.2.5 空白试验及对比试验空白试验系以蒸馏水代替反应中的苯酚溶液，按2.4节的试验方法和选取的条件进行试验；对比试验是在选取的最佳电化学处理条件下，分别做2组对比试验，一组不投加任何累托石材料的纯电解处理苯酚试验；一组用复合累托石材料纯处理苯酚试验；一组是投加累托石复合材料电化学处理苯酚试验.试验结果如图6所示.试验结果表明，处理较高浓度的苯酚，吸附作用很不稳定且效率极低，纯电化学处理较高，但投加累托石复合材料的电化学处理，苯酚不仅去除率高且去除速度快.40 min内便可达到99.9%的去除率.大大减少了能量的损耗，缩短了处理时间，提高了处理效率.图6 苯酚降解率对比试验Fig.6 Degradation rate of contrast test of phenol 2.6 低电压下投加H2O2和不投加H2O2的对比试验近年来，Fenton试剂作为一种强氧化剂在处理难生物降解有机污染物方面取得了一定的进展.常规的Fenton试剂法是一种以过氧化氢为氧化剂，以亚铁盐为催化剂的均相催化氧化法.在酸性条件下，反应体系中产生的·OH能使废水中难生物降解的有机结构发生碳链裂解.那些大分子有机物裂解为易于微生物降解的小分子有机物，或者完全矿化为CO2和H2O，从而达到迅速氧化废水中的有机废物的效果.试验中采用的累托石复合材料的电化学处理苯酚废水，也是利用Fenton试剂的原理，唯一不同的是供铁的方式.因电解处理使水中含有大量的Fe2+，可与电解反应中产生的H2O2构成Fenton体系.但在4～8 V的低电压下，污染物在电极上会发生直接氧化及氧的析出.前者会导致电极表面钝化，后者会消耗较多的电能，同时中间产物H2O2的量也十分有限.因此进行了2 V的低电压下加和不加过氧化氢的试验，以建立低电压低能耗处理有毒难降解有机物的电化学体系.试验结果如图7所示.图7 H2O2对比试验Fig.7 Contrast test of H2O2图7结果表明，在2V的低电压、不投加H2O2的条件下，苯酚去除率极低，可以忽略苯酚的直接电化学作用；外部投加H2O2后，去除率明显增加，这主要发生的是由自由基参与的高级氧化过程.首先在电极上氧化或还原产生HO·和HO2·自由基，这些自由基使绝大部分的苯酚转化为苯醌，然后进一步开环生成分子量更小的脂肪酸，提高了处理效率，增加了废水的可生化降解性.3 结语利用累托石和铁盐为基材，在pH=5，FeCl3·6H2O固体投加量为10 mmol/g累托石，液固比为5∶1，反应时间为4 h，反应温度为60 ℃的条件下，制备了羟基铁交联累托石复合材料.利用制备的复合材料电化学处理苯酚废水，当电压为6 V，电解质NaCl浓度为0.1 mol/L，苯酚废水pH=4，苯酚质量浓度为200 mg/L时，苯酚的去除率可达95%以上.在过氧化氢存在时，在2 V的低电压条件，苯酚的去除率大大提高，增加了废水的可生化降解性，如果结合生化处理，则将在能耗和处理效果方面均具有明显的实际意义.参考文献：[1] 江涛，刘源骏.累托石[M].武汉：湖北科学技术出版社，1989，40-49.[2] 孙冬兰.累托石的钛层柱合成[J].离子交换与吸附，1996，12(6): 542-550.[3] 孙家寿，张泽强，刘羽，等.累托石层孔材料处理含铬废水的研究[J].岩石矿物学，2001(4): 555-558.[4] 孙家寿，石眺霞，张立娟.累托石层孔材料处理制药废水研究[J].非金属矿，2004，27(3): 40-42.[5] 孙家寿，张泽强，沈静，等.累托石层孔材料在废水处理中的应用研究(Ⅲ)——含硝基苯废水处理[J].武汉化工学院学报，2004，25(1):43-45.[6] 孙家寿，鲍世聪，李春领，等. 层柱累托石处理含氰废水研究[J].非金属矿，2001(1):34-37.[7] 孙家寿,石眺霞,张蕾，等.Ti/Fe层柱累托石电催化降解硝基苯废水的研究[J].武汉工程大学学报，2007，29(3)：30-34.[8] 孙家寿,张蕾,陈伟亚，等.固定化生物累托石处理分散生活污水的研究(Ⅳ)——固定化生物累托石处理生活废水的反应动力学[J].武汉工程大学学报，2009，31(3)：49-51.[9] 孙家寿,张蕾,陈伟亚，等.生物累托石处理生活污水试验研究[J].环保科技，2010，16(1):1-6.[10] 孙家寿，陈金毅，陈茂荣，等. 层柱累托石复合材料的制备及表征[J].中国非金属矿工业导报，2010(1)：22-26.[11] 孙家寿,秦海燕,张立娟，等.累托石层孔材料在废水处理中的应用(IX)[J].武汉工程大学学报，2007，29(1): 29-31.[12] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].4版.北京：中国环境出版社，2003.[13] 尹娟娟，袁凤英，宋伟冬，等.高级氧化技术处理苯酚废水的研究[J].工业安全与环保，2008，34(10)：11-12.。