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电催化氧化法处理含醛废水的实验研究

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产业观察ECOLOGICAL INDUSTRY WATC H128 ECO LOG I CA L ECO NOM Y电催化氧化法处理含醛废水的实验研究安浩 赵玉明 薛祯祯 朱立(南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京 210093)摘要:采用无隔膜电催化氧化法作为生化预处理方法对不适于生化处理的中低浓度含醛废水进行预处理,并对影响工业化运用的因素进行了分析。

实验表明,该方法对中低浓度含醛废水有较好去除效果,同时优化工业运行所需参数,使工业化运用获得较好的经济可行性。

关键词:乙醛废水;电催化氧化;工业化The Research about the Treatm ent of AcetaldehydeW astewater by E lectrolysisAN H ao ,Z HAO Yum ing ,X U E Zhenzhen ,Z HU L i (State K ey Laboratory of Poll ution Control and Resource R euse ,Sc hool of the Env i ronment ,N anji ng Un i versity ,Nan jing 210093,Chi na)Abstract :T he electrolysis as a treat ment technic was adopted in or der to treat the acetaldehyde waste water ,a nd the m i pact ofthe i ndustrialized operati on of the factorsw ere ana l yzed .Fro m the experm i ental researc h ,w e fi nd that th i s technic has a better re moval to treat the aceta l dehyde waste w ater ,at the sa m e tm i e optm i ize the i ndustri a l operating para m eters requ ire d ,so t hat it can get a better ec ono m ic v ia b ility of i ndustrialized operation .K ey words :acetaldehyde w aste w ater ;i ndustri alizat i on ;electro l ysis基金项目:国家科技支撑计划(2006BAC02A15)作者简介:安浩(1984~),男,硕士,主要研究方向为水污染控制、清洁生产技术等。

含醛废水可生化性一般较好,但是当废水中醛含量较高时会对微生物造成妨害从而影响微生物处理效果[1],因此国外对乙醛废水的处理绝大部分均采用稀释 好氧生物处理工艺处理,此法不但耗费大量的稀释水,而且处理构筑物庞大,基建及运行费用增高,虽然能达标排放,但是排放总量并没有减少。

陈立波[1]和张金凤[2]等为低浓度情况下乙醛废水的处理提供了一种新型高效的生物处理方法。

然而对于不适宜生物处理的较高浓度含醛废水目前仍没有较好的处理方法。

本文采用无隔膜电催化氧化法作为生化预处理方法能较好处理此类含醛废水,使其有利于后续生化处理。

1废水水质某化纤厂经酯化,缩聚反应生产废水中含高浓度乙醛和高浓度乙二醇,乙醛易挥发,经吹脱处理前后废水水质如表1所示。

表1 废水水质污染物名称吹脱前吹脱后COD(mg /L)2200012000pH 4~64~6乙醛(mg /L)6800700~1000乙二醇(mg /L)约7000(mg /L)乙醛约7000(mg /L)乙醛经吹脱处理后乙醛浓度仍高于后续生物处理微生物的耐受上限,故需在生物处理前加增加预处理设备,使生物处理出水达标。

2实验部分2 1实验试剂以及装置通过对废水水质分析,以化学纯乙醛和乙二醇,配置成模拟废水,其中拟配置乙醛含量为700~1000mg /L,乙二醇含量等效为7000mg /L 乙醛。

电解装置:采用钛镀稀有金属电极,不锈钢电极,均为网状机构;膜为聚乙烯异阳离子交换膜(3361B W );在较低循环流速时采用蠕动泵(兰格YZ1515x)2台,较高流速时采用磁力驱动泵2台;转子流量计2个;752N 紫外可见分光度计。

2 2实验原理通常认为,电解反应是在外加电场的作用下,反应物通过阳极的催化氧化作用被氧化,或是在阴极发生还原反应而被还原[3]。

则电解反应如下:阳极:CH 3CHO+H 2O -2e - CH 3COOH +2H+129阴极:CH 3C HO+H 2O+2e - CH 3C H 2OH +2OH-由于乙醛的特殊性质,其既可以在阳极被氧化生成乙酸,也可以在阴极发生反应被还原为乙醇。

无论是氧化产物还是还原产物其生物毒性均小于乙醛。

文献表明在碱性条件下,乙醛会发生羟醛缩合反应[4],同时在实验中也发现在碱性条件下阴极易形成一种较复杂絮状聚合物沉淀,故实际在电极表面发生的实际化学反应有待进一步实验研究。

2 3实验方法取自配置模拟废水400mL 于夹套玻璃柱内,开启循环泵,设定循环水流量,槽电压,然后通电进行水解,每隔一个循环周期取样一次,测定水中乙醛含量,以确定最佳工艺运行参数。

2 4分析项目及方法分光光度法(752N 型紫外/可见分光光度计);已有实验表明,乙二醇在电解条件下不会生成乙醛(在H +条件下易生成环状化合物[4]),故不会对测定结果产生影响。

3实验结果与讨论3 1电极反应时间对乙醛降解的影响在实验中发现,当模拟废水在间歇循环体系中运行3个周期后,处理效果逐渐稳定,且处理效果优于只循环2次和只循环1次(从8 6%增加到51 8%)。

故后续实验中其余参数的确定,均在模拟液下至少循环3次的基础上进行。

3 2辅助电解质对乙醛降解的影响在清水实验中,不投加电解质,电压为6V 时,电流为0 08A;当投加Na 2SO 4为1000m g /L 时,电流增加0 02A (分别投加在阳极和阴极电流变化均无明显区别);当投加N aC l 为1000m g /l L 时,投加在阳极时电流增加了0 02A;当投加在阴极时,电流由0 08A 增大到0 62A;故实验表明若需投加电解质,则电解质采用N aC l 投加在阴极时效果较好。

在相同操作条件下,未投加电解质时阴极处理效率为51 8%,而投加电解质后阴极处理效率为56 93%,并无明显变化。

并且当投加NaC l 作为电解质时,阳极虽然由于氯离子能增加氧化效果,但是,运行2个周期后有C l 2产生,若工业化运行时操作条件较为恶劣,同时会增加后续反应盐离子浓度,故不采用投加电解质的方法。

3 3离子交换膜对乙醛降解的影响膜电解法目前已广泛应用于废水处理领域,故本实验首先采用聚乙烯异阳离子交换膜进行电解反应。

表2 去除率流速阳极处理效率阴极处理效率20m l/m in 34 56%56 93%60m l/m in41 2%46 3%实验发现阴极和阳极平均处理效率十分接近;在膜电解反应中,阳膜的选用是为了使阳离子通过,同时阻止阴离子通过[5];对相关反应的分析可知,本实验中,在无膜情况下不影响阴阳两极电解反应进行,并且考虑到在今后工业装置的设计和安装过程中,无膜电解法比膜电解法更容易;并且在实验原理中已说明在碱性条件下阴极会产生沉淀,若采用隔膜则随着反应的进行,阴极室碱度的增加可能在阴极室产生大量沉淀堵塞膜的孔道,减小膜通量,增大电阻,降低去除率;同时也能降低工程造价,故不采用膜结构。

3 4电流对乙醛降解的影响通过图1我们可以发现,当电流小于0 3A 时去除效果较差,而当电流大于0 3A 时,去除率的增加并不明显,同时会增加能耗,故最佳电流取03A 。

3 5极间距对乙醛降解的影响在电解反应中,极间距的增加虽然会导致液层厚度增加,导致电阻增大、电流减小,但同时能增大单位体积处理量和单位电极面积处理量,在处理相同的废水量时,能获得更好的经济效益。

由图2和图3可知增大极距对处理效果影响不大(流量分别为0 2L /h 、0 4L /h 和6L /h)。

产业观察ECOLOGICAL INDUSTRY WATC H130 ECO LOG I CA L ECO NOM Y3 6连续运行效果分析在实际废水处理工程中,往往采用连续式运行方式,而废水在实验室的小试中常采用间歇式。

本实验为了能为工业中试提供较为准确的运行参数,采取了连续式运行以考察对乙醛是否具有稳定的去除率。

综上所述,实验装置设计如图4。

在出水流速为0 2L /h (循环流速为3 6L /h)和0 6L /h (循环流速为14 4L /h)采用连续运行的去除率如图5。

由图5我们发现,连续运行是比较稳定的,并且发现当流速改变时,去除效率并无明显变化。

3 7电极对乙醛降解的影响在工业上运用应同时考虑电极造价问题,故本实验设计在相同流速下考察何种电极搭配能得到最高去除效率,并且造价最低(如图6)。

通过图6可知,选用两极均为不锈钢电极时,在达到几乎相同的去除效果时工业造价最低。

3 8经济可行性分析图7反映的是不同出水流速下达到相同处理效率的能耗其中能耗单位为k W /m 3。

由实验可知,在不影响去除率的情况下增大流速能明显的降低能耗,而电解法在工业运行中电耗占运行费用中绝大部分,故在不影响去除率的情况下增大流量能降低工业运行时的运行费用。

4结论(1)无膜纯电解法对于处理较低浓度含醛废水,作为生化等后续处理的预处理时有较好的去除效果,并且随着流速的增加,能耗逐渐下降,有利于工业化运行,并为工业运行提供了基本参数。

但在不影响去除率的情况下流速所能达到的最大值还有待进一步研究。

(2)在实验中亦发现当连续运行时阴极表面在长时间运行后会有少量沉积物,是否会影响远期运行效率还有待进一步实验研究。

参考文献:[1]陈立波,柏承志,苏洪,等.乙醛废水深度处理的实验研究[J].吉林化报,1999,16(4):23~26.[2]张金凤,李晓斌,刘峰,等.乙醛废水处理工程实例[J].江苏环境科技,2006,19(4):26~28.[3]张梅玲,蔚东升,陶阳宇,等.离子膜电解技术在废水处理中的应用研究进展[J].工业水处理,2006,26(8):5~8.[4]胡宏纹.有机化学[M ].北京:高等教育出版社,1990.[5]王罗春,蒋爱国,闻人勤.隔膜电解法处理EDT A 废水技术综述及其应用前景[J].上海电力学院学报,2007,23(4):349~353.。

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(完整)电催化高级氧化废水处理

(完整)电催化高级氧化废水处理

课程论文课程名称：________水处理原理与技术________ 题目：电催化高级氧化法的基本原理及应用姓名：____________________指导教师：_ _摘要：本文主要简述电催化高级氧化处理废水基本原理并列举部分当前该技术应用领域，如造纸厂废水、电镀废水、有机废水等。

关键词：电催化；高级氧化；废水处理一、引言随着废水处理技术的发展和完善，成分简单、生物降解性好的有机废水已能得到有效的控制，其中生物法是目前消除生活和工业废水中有机污染物最经济、最有效的方法[1]。

然而多数工业废水用生物法很难有效去除，由于国家对污染物排放的限制标准越来越高，因此迫切需要研究废水处理新方法和新技术。

二、电催化处理废水基本原理电催化氧化技术是AOP 技术的一种, 因其具有其他处理方法难以比拟的优越性近年来受到极大关注[2-5]。

所谓电化学水处理技术就是利用外加电场作用, 在特定的电化学反应器内, 通过一系列设计的化学反应、电催化过程或物理过程, 达到预期的去除废水中污染物或回收有用物质的目的[6]。

电催化法处理废水应用起始于20 世纪40 年代[7]，但由于投资较大，电力缺乏，成本较高，因而发展缓慢。

直到60 年代，随着电力工业的发展，电化学法才被真正地用于废水处理过程。

近年来，由于电化学方法在污水净化、垃圾渗滤液、制革废水、印染废水、石油和化工废水等领域的应用研究进展，引起人们对这一方法的广泛关注[8-11]。

电催化方法被称为“环境友好”工艺，以其多种优势有着其它方法所不能比拟的特点：（1）在废水处理过程中，主要试剂是电子，不需要添加氧化剂，没有或很少产生二次污染，可给废水回用创造条件；（2）能量效率高，反应条件温和，一般在常温常压下即可进行；（3）兼具气浮、絮凝、杀菌作用，可以通过去除水中悬浮物和选用特殊电极来达到去除细菌的效果，可以使处理水的保存时间持久；（4）反应装置简单，工艺灵活，可控制性强，易于自动化，费用不高。

电催化氧化技术处理高浓度有机废水

电催化氧化技术处理高浓度有机废水

电催化氧化技术处理高浓度有机废水高浓度有机废水主要是指COD和BOD5达到或超过几千甚至几万毫克每升的废水。

该类废水直接排放会对水环境造成严重破坏，可能危害人体健康，引起急慢性中毒和致畸、致癌等远期危害。

该类废水主要来自焦化、制药、造纸、印染、石化以及食品加工等领域。

在淡水资源和能源日益短缺的今天，探索高浓度有机废水处理以及资源化利用技术已成为热门的环保议题之一。

1、行业现状目前，处理高浓度有机废水，大多采用传统的生物处理法。

该类方法本身存在较大问题，以广泛应用的AA/O 法为例，根据实际运行况，存在反应池容积较大、能耗较高、污泥回流量大、脱氮效果有限等缺点。

高浓度有机废水含有大量可溶性无机盐，具有较高的导电性能，适用于电化学法处理。

该方法主要包括电化学氧化还原、电凝聚、电气浮、光电化学氧化以及内电解等。

2、研发新方向电催化技术是在电极表面的氧化作用下或由电场作用而产生的自由基作用下促使有机物氧化分解的技术。

近年来，利用电催化技术处理难生化有机废水的方法逐渐引起关注。

电催化性能的变化本质上不是电位、电流等外部条件引起的，而是电极材料本身的影响。

对难降解有机污染物的电化学降解问题，重要的是电极材料的设计与制备。

不同的电极材料，对应着不同的转化结果和转化机制。

在废水的电解处理当中，很大限度地提高电解反应速度，增大单位电解槽的反应量一直是人们所努力的目标。

当反应物浓度低、电极反应速度慢时，就更加迫切需要更为高效的电解槽。

扩大电极表面积是增加电解反应速度，提高电解效率的一种有效的方法。

电解多相催化氧化以多类型金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生金属离子，再经过一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离。

3、电解多相催化氧化技术优势：（1）反应过程中无需投加任何化学试剂，不产生污泥和二次污染，属于“绿色环保工艺”。

电化学废水处理技术及高效电催化电极的研究与进展

电化学废水处理技术及高效电催化电极的研究与进展

电化学废水处理技术及高效电催化电极的研究与进展电化学废水处理技术及高效电催化电极的研究与进展摘要：随着工业化进程的加快和人们对环境保护的意识逐渐增强，废水处理成为了一个重要的环境问题。

传统的废水处理技术存在着成本高、处理效果不稳定等问题，因此研究电化学废水处理技术和高效电催化电极具有重要的理论意义和现实意义。

本文从电化学废水处理技术的基本原理、高效电催化电极的研究与进展进行综述，并分析其优缺点和应用前景。

通过分析电化学废水处理技术发展中面临的挑战和现状，提出了未来电化学废水处理技术研究的方向和重要问题。

1. 引言废水是工业生产和生活排放产生的水污染物，其中包含了大量的有机物、无机盐以及重金属离子等有害物质。

传统的废水处理技术主要包括生理、化学、物理和生物方法，虽然这些方法可以有效地去除废水中的污染物，但是它们存在着一些问题，比如花费高、处理效果不稳定等。

相比之下，电化学废水处理技术由于其处理效果好、操作简单、设备规模小等优点，逐渐成为了一种重要的废水处理技术。

2. 电化学废水处理技术的基本原理电化学废水处理技术是利用电解过程中产生的电流和电位的变化，使废水中的污染物分解、氧化或还原，从而达到净化废水的目的。

这种技术主要包括了电沉积、电解、电解沉淀、电解氧化等过程。

其中，电催化技术是电化学废水处理技术的核心，通过将催化剂引入电极表面，加速废水中的电化学反应，从而提高反应速率和废水中污染物的降解效果。

3. 高效电催化电极的研究与进展高效电催化电极的研究是电化学废水处理技术不断进步的关键。

通过合理设计电催化电极的结构和选择催化剂，可以显著提高废水处理效果。

目前，常见的高效电催化电极主要包括金属催化电极、纳米催化电极和复合催化电极等。

这些电极在提高催化效率、增加电极表面积和提高稳定性等方面都取得了显著的进展。

4. 电化学废水处理技术的优缺点及应用前景电化学废水处理技术相较于传统的废水处理技术具有成本低、效果稳定、无污染等优点，因此被广泛应用于各个领域。

电催化氧化技术降解焦化废水

电催化氧化技术降解焦化废水

电催化氧化技术降解焦化废水焦化废水的种类较多，从产生废水的源头分，有炼焦煤带入的水分、焦化产品回收及精制过程中使用直接蒸汽时转化的水、工艺介质、洗涤溶盐等加入的水、添加稀化学剂带入的水、工艺管道设备等清洗加入的水、清洗油品槽车水等。

从其排出方式上分，有从焦炉煤气冷凝液中分离出来的剩余氨水、焦化产品回收及精制过程中工艺介质的分离水，以及其它一些污水，属于难处理的工业废水。

目前国内处理焦化废水的技术主要采用生化法，生化法对废水中的苯酚类及苯类物质有较好的去除作用，但对喹啉类、吲哚类、吡啶类、咔唑类等等一些难降解有机物处理效果较差，使得焦化行业外排水CODcr难以达到一级标准。

电催化氧化法处理难生化降解有机废水的研究是近年人们普遍重视的课题,尤其在国外,对该技术已有较多的研究。

但总的来看,仍处于探索阶段。

根据分析,在三维电极电解体系中，通过电解产生的O2和溶解O2在阴极上可能发生如下的还原反应，产生活性中间体H2O2 。

酸性体系：O2+2H++2e→H2O2 (1)碱性体系：O2+H2O +2e→HO2- +OH- (2)HO2- + H2O→ H2O2+OH- (3)电生成Fenton试剂是Fe2+和H2O2的结合产物，H2O2在Fe2+催化下产生·OH，·OH有极强的氧化能力，可使有机物氧化为CO2和H2O，CODcr去除率高，而且自身还原为水，不产生有毒有害物质。

在传统的电生成Fenton试剂体系中，通常以铁作为阳极，在电解过程中产生大量的Fe2+、Fe3+,增加了水的色度。

本试验用廉价的石墨代替铁作为阳极，采用外加Fe2+的方法，通过调控外加Fe2+的量使Fe2+的催化功能最优化。

当溶液中不存在 Fe2+时，氧化有机物分子主要靠H2O2来完成，而当溶液中存在Fe2+时会发生如下反应[6]Fe2+ + H2O2＝Fe3+ + OH- +·OH (5)Fe3+ + H2O2＝Fe2+ + HO2·+ H+ (6)Fe3+ +e ＝Fe2+ (7)反应（5）中生成的·OH 的氧化能力极强，主要由它来氧化有机物分子，反应（5）消耗的Fe2+由反应（6），反应（7）补充，Fe2+ 可循环使用。