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工业废水高级氧化处理技术

苯并噻唑(BTH)是一种工业生产常用的的化工原料,广泛用于橡胶硫化促进剂、花青染料、造

纸工艺的除粘菌剂、灭菌剂、除草剂、杀真菌剂以及抗生素药物的生产当中。在工业废水和

城市污水中均检测到BTH,浓度高达29.6~110mg·L-1和1.9~6.7mg·L-1。

由于BTH的难降解性、生物抑制性、疏水性和化学稳定性,导致传统的物化法和生物法对其

去除率低仅达5%~28%,且耗费巨大。因此,需要选择具有高效催化效率的高级氧化技术来

处理这类难降解有机物。

三维电催化高级氧化技术可以有效地增大工作电极的比表面积、提高传质效率,对难降

解有机污染物的处理是有效可行的,具有非常好的发展前景。目前,三维电催化氧化技术在

重金属废水、印染废水、苯酚废水等方面的处理已经取得良好的效果。但是,对于结构复杂

的难降解有机污染物的处理研究尚不成熟,缺少反应器床层设计参数以及实际运行条件,对

于粒子电极制备改性及电极表面实际反应历程等方面仍缺乏深入研究。要将三维电催化反应

器运用到工业废水处理的实践当中,还需要从各方面进一步研究,设计出科学节能的床体结

构,优化各项结构参数、运行参数,分析电催化反应机理等,这样才能使三维电催化氧化技术

成熟地运用到实际废水的处理中。

本研究设计构建了序批式复极性三维电催化反应器,并且采用自制的粒子电极。以苯并

噻唑为目标污染物,通过TOC和苯并噻唑去除率、电流效率、电能能耗效率等电化学指标考

察影响反应体系的因素,从而确定三维电催化反应器的最佳运行条件。

1材料与方法

1.1Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC粒子电极的制备

本研究以2~4mm的颗粒活性炭作为基体采用浸渍法进行粒子电极表面金属催化剂的

制备。配制0.74mol·L-1的Fe(NO3)3溶液作为浸渍液,称取12g预处理过的活性

炭颗粒浸渍与上述浸渍液中18h,滤去剩余浸渍液。将浸渍后的载体活性炭置于鼓风干燥器

中于105℃下干燥2.5h。最终将干燥后的载体活性炭置于箱式电阻炉中于380℃下焙

烧4h,即得改性的粒子电极Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC。

1.2电催化反应装置及检测方法

1.2.1序批式复极性三维电催化反应器

序批式复极性三维电催化反应器如图1所示。反应器是由有机玻璃制成的圆柱状容器,

内径8cm,有效容积为500mL。采用直流稳压电源供,外加电压为9.9V。阳极为钛基镀铱

Ir/Ti柱状电极(Φ8mm×20cm),阴极为不锈钢网环状电极(Φ8cm×20cm),采用以

阳极为中心、阴极环围阳极的电极型式,阴阳极电极间距为4.24cm。粒子电极采用自制的

Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC颗粒状电极,粒子电极填充比例为60%。电催化实验在25℃、

1atm条件下进行,电解液为0.1mol·L-1NaCl+100mg·L-1BTH。进水通过

蠕动泵由反应器下部进水,上升流速为8.333mL·min-1;采用重力排水的方式。进水、

电催化和排水通过时间继电器自动控制,具体运行参数如下:进水30min,电催化3h,排水

10min,每个周期3h40min,1d运行6.5个周期。

1.2.2循环伏安法

循环伏安曲线采用三电极体系在上海辰华仪器有限公司的CHI700E型电化学工作站进

行。以Ir/Ti电极为工作电极(Φ8mm×20cm),以环状不锈钢网为对电极,Ag/AgCl为

参比电极,以Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC为粒子电极,构成三维极化曲线测试体系。测试分

别在0.1mol·L-1NaCl+100mg·L-1BTH溶液、0.1mol·L-1Na2SO4+100

mg·L-1BTH溶液、0.1mol·L-1NaNO3+100mg·L-1BTH溶液、0.1mol·L-

1Na3PO4+100mg·L-1BTH溶液中进行,电位扫描速率为100mV·s-1。

1.2.3矿化电流效率的计算方法

矿化电流效率(mineralizationcurre