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化工污染廢水治理中采用電催化氧化技術(shù)的研究進(jìn)展

來源:無錫純水設(shè)備??????2020/2/12 11:16:09??????點(diǎn)擊:

無錫純水設(shè)備http://m.xintujy8.cn】電催化氧化技術(shù)具有易操作、成本較低、廢水處理效率較高的優(yōu)勢(shì),因此,被廣泛地應(yīng)用在化工水體污染治理工作中。就此,本文簡(jiǎn)析了電催化氧化技術(shù),探析了電催化氧化技術(shù)和應(yīng)用現(xiàn)狀,重點(diǎn)論述了電催化氧化技術(shù)在化工污染水體治理中的應(yīng)用,以期為化工水體污染治理工作提供一些參考。

化工企業(yè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有促進(jìn)作用,并為人們的生產(chǎn)與生活提供了極大的便利。但在化工企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過程中,常會(huì)出現(xiàn)水體污染情況,這不僅會(huì)造成水資源浪費(fèi),還會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成一定的破壞,不利于我國(guó)的可持續(xù)性發(fā)展。因此,需對(duì)化工水體污染進(jìn)行科學(xué)、有效的治理,以減少水資源污染與浪費(fèi)。電催化氧化技術(shù)是目前我國(guó)治理化工水體污染的常用方法,它具有工藝靈活、反應(yīng)裝置較為簡(jiǎn)單的特點(diǎn),因此,受到較多化工廠的青睞。

1.電催化氧化技術(shù)概述

電催化氧化即指在特定電場(chǎng)作用下產(chǎn)生各種自由活基,將水體中的有機(jī)物在電極表面進(jìn)行分解的過程。此種活性自由基具有較強(qiáng)的氧化性能,在化工污染水體治理中應(yīng)用電催化氧化技術(shù)時(shí),主要利用此種活性自由基來降解污染水體中的有機(jī)物,從而起到治理化工水體污染的作用。電催化氧化技術(shù)治理化工水體污染的原理為通過活性基于廢水中含有的有機(jī)物產(chǎn)生氧化還原反應(yīng),使水中有機(jī)物氧化為CO2和H2O或者降解為小分子有機(jī)物。在電解過程中,由于電極材料不同,所產(chǎn)生的作用方式也不同,可主要分為以下兩種:一,直接電化學(xué)氧化;二,間接電化學(xué)氧化。

1.1直接電化學(xué)氧化

直接電化學(xué)氧化主要是通過陽極與污染物的氧化還原反應(yīng)來降低水體中的污染物,根據(jù)降解程度的不同,可將其劃分為兩種,分別是電化學(xué)燃燒與電化學(xué)轉(zhuǎn)化。電化學(xué)燃燒主要是將有機(jī)物完全轉(zhuǎn)化為CO2和H2O;電化學(xué)轉(zhuǎn)化主要是將有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)或低毒物質(zhì)。

1.2 間接電化學(xué)氧化

間接電化學(xué)氧化通過借助電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的活性基團(tuán)來與污染物作用,從而將其轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)?;钚曰鶊F(tuán)不僅可作為電子交換的中間體,還可作為專用催化劑,在電化學(xué)氧化過程中,活性基團(tuán)可產(chǎn)生·O2、·OH、HO2·等中間體來氧化水體污染物,以降低水體污染物含量。此外,在電解過程中,若是存在氯離子,則可產(chǎn)生次氯酸根,從而加快氧化反應(yīng)。間接電化學(xué)氧化既有中間體氧化作用,又有陽極直接氧化作用,因此,氧化效率可得到有效的提升。與此同時(shí),這些基團(tuán)具有較強(qiáng)的活性,一般情況下,所產(chǎn)生的有機(jī)物氧化降解反應(yīng)時(shí)不可逆的過程,只有在通電情況下才能產(chǎn)生這些活性基團(tuán),電流中斷時(shí)這些基團(tuán)便會(huì)消失。

2.電催化氧化技術(shù)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 電催化氧化技術(shù)研究

在20世紀(jì)20年代,電催化氧化技術(shù)并未引起人們的重視,當(dāng)節(jié)能要求提出之后,人們開始重視電氧化催化技術(shù)的研究與應(yīng)用,這有力地推動(dòng)了電催化電極的發(fā)展。在電化學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展過程中,人們一開始是將金屬作為陽極,這種電極的導(dǎo)電性較好,但在產(chǎn)生電解反應(yīng)的過程中,易出現(xiàn)溶出現(xiàn)象,從而造成陽極過度損耗,導(dǎo)致溶液中產(chǎn)生新的雜質(zhì)。此后,人們便用惰性電解作為陽極,這種電極在反應(yīng)過程中雖不會(huì)引入新的雜質(zhì),但此種電極的電催化活性較低,治理水體時(shí)所需的時(shí)間較長(zhǎng)且效率較低[1]。在1963年,H·Bccer發(fā)明了DSA電極,此種電極具有較好的不溶性、催化活性及穩(wěn)定性,由此,受到了電化學(xué)技術(shù)相關(guān)研究者的喜愛。近年來,國(guó)內(nèi)外許多環(huán)保工作者對(duì)電催化氧化技術(shù)治理水體污染進(jìn)行了深入的研究,并在此方面獲得了一定的成績(jī)。像是利用Fe電極治理紡織廢水;利用陽極擴(kuò)散電極、PbO2電極及Pb電極來降解水體中的四氯苯胺、苯胺;利用Ti/Pt/Ir 電極與Ti/Pt電極治理廢水中的有機(jī)胺。通過實(shí)驗(yàn)證明,電催化氧化可有效降解或去除廢水中的有機(jī)物,具有較好的應(yīng)用前景。

2.2 電催化氧化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段電催化氧化技術(shù)因具有較強(qiáng)的還原能力與氧化能力、適應(yīng)性較好、成本較低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用在含酚、醇、烴、染料、醛等有機(jī)污染物的處理方面上。在含酚的廢水中,可使用孔碳材料作為陽極,當(dāng)有機(jī)廢水通過碳孔時(shí),在電解反應(yīng)的作用下,可將廢水中含有的酚與其他有機(jī)物去除掉。如:在溫度為26~40℃的含酚廢水中,COD的值為29000mg/L,電壓為3.6~4.0V,當(dāng)電流為6安培時(shí),COD的值降到670mg/L。在用石墨作為陽極進(jìn)行反應(yīng)之后,酚濃度從原來的15~100mg/L下降到4.7~5.5mg/L。本實(shí)驗(yàn)處理前后的對(duì)比,如下圖1。

在含烴的廢水中,常有的處理方法除混凝法、吸附法之外,還有電氣浮法與電絮凝法,此兩種方法的去油量可達(dá)到92%~95%,而對(duì)于含油量不超過150mg/L的廢水,經(jīng)這兩種處方法處理之后,廢水中的含油量則可下降到10mg/L,若是再進(jìn)行混凝劑過濾,含油量則可下降到0.7mg/L。但對(duì)于水溶性較強(qiáng)的烴類化合物,治理效果并不是很理想,如:在含苯的廢水中,使用隔膜電解陽極來進(jìn)行廢水處理,去除率只能達(dá)到12%。因此,現(xiàn)狀常用石墨構(gòu)成的固定床電解來進(jìn)行廢水處理。

圖1:含酚類廢水處理結(jié)果對(duì)比圖

在含有染料的廢水中,可使用具有不溶性的NaCl電極進(jìn)行電解脫色。此外,還可使用復(fù)級(jí)性固定床電極與活性炭纖維來處理顏料廢水,這兩種電解方法的脫色率一般可達(dá)到60%~90%。

3.電催化氧化技術(shù)在化工污染水體治理中的應(yīng)用

3.1 電鍍廢水的處理

在電鍍廢水中通常含有銅、鋅、鎳、鎘等重金屬離子,此種廢水不僅會(huì)造成資源浪費(fèi),還會(huì)造成環(huán)境污染。對(duì)于此類型的廢水可采用電滲析+離子交換+電滲析組合的工藝來進(jìn)行處理,此種處理工藝不僅可提高重金屬的回收利用率,還可有效降低廢水中的重金屬含量[2]。此外,對(duì)于含鉻量較高的電鍍廢水,可采用電滲析法來回收水中的Cr6+離子。

例如:在某化工廠在對(duì)廢水進(jìn)行處理時(shí),考慮到廢水中含有較多的鉻離子、銅離子、亞硝酸鈉等重金屬化合物且CDA值較高的情況,就此,該工廠采用電滲析+離子交換+電滲析組合的工藝,進(jìn)行廢水治理。具體的操作步驟如下:一,采用電滲析法,將水中易發(fā)生氧化還原反應(yīng)的金屬離子置換出來;二,采用離子交換法,將不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的金屬離子轉(zhuǎn)化為易發(fā)生反應(yīng)的金屬離子化合物;三,采用電滲析法,將金屬離子轉(zhuǎn)化為金屬。通過此種處理工藝,可有效降低廢水中金屬含量,大大提高金屬的回收利用率。該化工廠處理前后的水質(zhì)指標(biāo),詳見圖2。

3.2 苯酚廢水的處理

在有機(jī)物化學(xué)工廠進(jìn)行工業(yè)制造時(shí),常會(huì)用到酚類化合物。但酚具有較強(qiáng)的致突變、致畸、致癌等毒性,若是其污染到土壤與水資源之后,將會(huì)對(duì)人與動(dòng)物的生命造成威脅,并會(huì)影響植物的生長(zhǎng)。因此,我國(guó)對(duì)含酚工業(yè)廢水排放具有嚴(yán)格的排放要求。對(duì)此類的廢水處理,可通過改變苯酚的初始濃度、負(fù)載電壓、電解質(zhì)濃度、pH值等影響因素,對(duì)苯酚廢水進(jìn)行電化學(xué)處理。通過對(duì)有關(guān)苯酚廢水的電化學(xué)處理實(shí)驗(yàn)表明,負(fù)載電壓為5.5V、pH值為8、電解質(zhì)濃度為22g/L是處理苯酚廢水的最適宜條件[3]。

3.3 硝基苯廢水的處理

硝基苯化合物屬于劇毒物質(zhì),具有生物難降解性、致突變性、致癌性,是我國(guó)重點(diǎn)控制的有害物質(zhì)。對(duì)此類的廢水處理,可采用電催化反應(yīng)進(jìn)行處理,具體操作如下:在電極間,采用活性炭進(jìn)行填充;之后,將廢水中的硝基苯轉(zhuǎn)換為生物易降解的苯胺[4]。

3.4 酸性廢水的處理

在工廠進(jìn)行電鍍時(shí),常會(huì)產(chǎn)生許多酸性廢水,此種廢水的pH值一般在2~5。在酸性廢水流到土壤之中時(shí),會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu),不利于植物的生長(zhǎng)。對(duì)于此類的廢水處理,可采用電催化進(jìn)行處理,此種處理方法的廢水回收率可達(dá)到90%,且此種處理方法的應(yīng)用成本較低,不需消耗大量的堿。

電催化氧化技術(shù)在化工水體污染治理中的應(yīng)用,不僅可降低水資源污染,還可促進(jìn)化工企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展,具有較好的應(yīng)用價(jià)值。在使用電催化氧化技術(shù)時(shí),還應(yīng)根據(jù)化工企業(yè)的廢水中主要含有的化合物、企業(yè)的實(shí)際情況,選擇相應(yīng)的處理方法,以確??蛇_(dá)到良好的水體污染治理效果。無錫純水設(shè)備,無錫水處理設(shè)備無錫去離子水設(shè)備, 醫(yī)院用純水設(shè)備