電化學(xué)氧化法處理生物難降解有機(jī)化工廢水的研究.pdf

1、電化學(xué)氧化技術(shù)以其環(huán)境兼容性和友好性的特點(diǎn)，特別是可以直接電化學(xué)氧化或間接電化學(xué)氧化降解生物難降解有機(jī)物等優(yōu)點(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注。電化學(xué)氧化主要以電子為試劑，不需要添加任何化學(xué)試劑。近年來，電化學(xué)氧化技術(shù)已在垃圾滲濾液、制革廢水、印染廢水、煉油廢水等領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用研究，使人們對這一技術(shù)的期待更加迫切；但是電化學(xué)氧化技術(shù)還存在許多亟待解決的實(shí)際問題。論文主要從電化學(xué)氧化法處理有機(jī)化工廢水的實(shí)際問題出發(fā)，開展有機(jī)污染物的電化學(xué)氧化降解機(jī)理

2、及其歷程、陽極材料的研制、及電化學(xué)氧化工藝的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究。 電化學(xué)氧化效率與有機(jī)物在電極發(fā)生的氧化反應(yīng)以及電極選擇性有直接關(guān)系，Ti/SnO<,2>-Sb<,2>O<,3>/PbO<,2> 陽極電化學(xué)氧化靛紅實(shí)驗(yàn)，表明了有機(jī)污染物在金屬氧化物涂層陽極上的氧化工作機(jī)理。研究不同陽極材料催化性能，結(jié)果表明，電極材料對有機(jī)物電化學(xué)氧化降解有較大的影響，其主要原因是不同陽極材料生成羥基自由基的能力的差別。采用陰極沉積、陽極氧化和

3、熱解法制備的’Ti/SnO<,2>納米陽極，具有高析氧電位和良好的催化性能，該陽極是目前有機(jī)物電化學(xué)降解中最好的陽極材料之一，但壽命還沒有達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的要求。采用刷涂熱解、陽極沉積法制備的Ti/SnO<,2>-Sb<,2>O<,3>/PbO<,2> 陽極，具有較高的析氧電位，壽命很長，性能很好，也是目前最有希望工業(yè)化應(yīng)用的高析氧電位陽極材料。采用刷涂熱解法制備的摻雜TiO<,2>的Ti/RuO<,2>陽極，具有較低析氯電位和較長壽命，達(dá)

4、到了工業(yè)化應(yīng)用的水平。 直接電化學(xué)氧化和間接電化學(xué)氧化是有機(jī)物的電化學(xué)氧化降解的兩種方式，但是在實(shí)際過程中兩種龜化學(xué)氧化方式并不是孤立的。研究Ti/SnO<,2>+Sb<,2>O<,3>/β-PbO<,2> 陽極電化學(xué)氧化靛紅脫色實(shí)驗(yàn)表明，有機(jī)物的間接電化學(xué)氧化和直接電化學(xué)氧化可能同時發(fā)生。分別采用特征污染物異噻唑啉酮和特征廢水(殺菌劑、醫(yī)藥和農(nóng)藥生產(chǎn)廢水)中污染物為處理對象，用不同種類金屬氧化物涂層陽極研究了這些污染物的電

5、化學(xué)氧化降解過程及其降解機(jī)理。結(jié)果表明，在無氯離子存在下，有機(jī)物電化學(xué)降解主要以直接電化學(xué)氧化方式進(jìn)行，在陽極上生成羥基自由基是電化學(xué)氧化降解有機(jī)污染物的關(guān)鍵，高析氧電位陽極有利于有機(jī)物的直接電氧化，析氧電位低的陽極材料直接電化學(xué)氧化效果較差。 氯離子對于有機(jī)物的間接電化學(xué)氧化起到類似催化劑媒介的作用，這種催化作用主要是由于有機(jī)物氧化過程中陽極表面電解將Cl<'->生成了活性氯，活性氯氧化降解有機(jī)物；Cl<'->/活性氯成為

6、氧化還原媒介。在氯離子存在下，Ti/RuO<,2>以間接電化學(xué)氧化為主，而且對于廢水中的氨氮和色度脫除效果較好。陽極材料不僅影響有機(jī)物的直接電化學(xué)氧化，而且也對有機(jī)物的間接電化學(xué)氧化產(chǎn)生很大影響。論文研究了 Ti/SnO<,2>-Sb<,2>O<,3>/PbO<,2>陽極電化學(xué)氧化異噻唑啉酮的反應(yīng)。用紫外光譜和液相質(zhì)譜對電化學(xué)氧化異噻唑啉酮過程中的溶液組分進(jìn)行測試和分析，特別是在中間產(chǎn)物分析基礎(chǔ)上，建立了異噻唑啉酮電化學(xué)氧化降解機(jī)理的模

7、型；異噻唑啉酮的降解歷程是氯的脫除，通過氮一硫鍵斷開而開環(huán)，失去硫和甲基，生成1-硝基-2-丙烯酮，乙酸和甲酸，然后有機(jī)酸被氧化生成CO<,2>和H<,2>O，并伴隨著SO<,4><'2->，NO<,3><'->離子和Cl<,2>的生成。 電化學(xué)氧化異噻唑啉酮動力學(xué)研究表明，異噻唑啉酮的電化學(xué)氧化反應(yīng)遵從動力學(xué)一級反應(yīng)，異噻唑啉酮溶液的陽極氧化過程是一個擴(kuò)散控制過程。 電化學(xué)氧化實(shí)際工業(yè)廢水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電化學(xué)氧

8、化是一種有效的處理生物難降解化工廢水的方法。 應(yīng)用電化學(xué)方法采用 Ti/RuO<,2>陽極處理高鹽份醫(yī)藥和農(nóng)藥中間體廢水，可以有效地去除水中的有機(jī)污染物，NH<,3>-N 和色度等，在電流密度為114.29 mA·cm<'-2>，電化學(xué)氧化120 min，COD、NH<,3>-N 和色度去除率分別達(dá)到了71.3％、96.74％和95％。 應(yīng)用電化學(xué)氧化方法，采用 Ti/RuO<,2>陽極深度處理醫(yī)藥中間體生化處理二

9、級出水，能有效去除生化二級出水水中的COD、NH<,3>-N 和色度，在電流密度為10mA·cm<'-2>、電化學(xué)氧化150 min，出水COD、NH<,3>-N 和色度分別達(dá)到80 mg·L<'-1>、2 mg·L<'-1>和10 倍(稀釋倍數(shù))，去除率分別達(dá)到了74.2％、98％和90％，出水水質(zhì)達(dá)到了江蘇省《化學(xué)工業(yè)主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 論文進(jìn)行了電化學(xué)氧化與生物處理組合工藝的應(yīng)用研究。選取異噻唑啉酮?dú)⒕鷦U水進(jìn)行了

10、化學(xué)混凝沉淀、電化學(xué)氧化和復(fù)合膜生物反應(yīng)器的組合工藝的處理研究。采用組合工藝處理后，COD，S<'2->和異噻唑啉酮的去除率也分別達(dá)到了99.6％，99.9％和100％。在通過化學(xué)混凝沉淀、電化學(xué)氧化之后，毒性物質(zhì)和生物不可降解的有機(jī)污染物可以有效地被去除或破壞分解。COD濃度通過加入粉末活性炭(PAC)的復(fù)合膜生物反應(yīng)器處理后得到有效的去除；組合工藝具有很高的可行性。 研究成果成功地應(yīng)用于殺菌劑廢水、醫(yī)藥和農(nóng)藥生產(chǎn)廢水等領(lǐng)域