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化工污染廢水治理中采用電催化氧化技術的研究進展
2020-2-13 09:06 中國泵閥制造網 作者:佚名 點擊:1795
【中國泵閥制造網 行業論文】摘要:電催化氧化技術具有易操作、成本較低、廢水處理效率較高的優勢,因此,被廣泛地應用在化工水體污染治理工作中。就此,本文簡析了電催化氧化技術,探析了電催化氧化技術和應用現狀,重點論述了電催化氧化技術在化工污染水體治理中的應用,以期為化工水體污染治理工作提供一些參考。關鍵詞:電催化氧化技術;化工;污染

摘要:電催化氧化技術具有易操作、成本較低、廢水處理效率較高的優勢,因此,被廣泛地應用在化工水體污染治理工作中。就此,本文簡析了電催化氧化技術,探析了電催化氧化技術和應用現狀,重點論述了電催化氧化技術在化工污染水體治理中的應用,以期為化工水體污染治理工作提供一些參考。

關鍵詞:電催化氧化技術;化工;污染水體治理;應用

引言

化工企業對我國經濟發展具有促進作用,并為人們的生產與生活提供了極大的便利。但在化工企業生產運營過程中,常會出現水體污染情況,這不僅會造成水資源浪費,還會對自然環境造成一定的破壞,不利于我國的可持續性發展。因此,需對化工水體污染進行科學、有效的治理,以減少水資源污染與浪費。電催化氧化技術是目前我國治理化工水體污染的常用方法,它具有工藝靈活、反應裝置較為簡單的特點,因此,受到較多化工廠的青睞。

1.電催化氧化技術概述

電催化氧化即指在特定電場作用下產生各種自由活基,將水體中的有機物在電極表面進行分解的過程。此種活性自由基具有較強的氧化性能,在化工污染水體治理中應用電催化氧化技術時,主要利用此種活性自由基來降解污染水體中的有機物,從而起到治理化工水體污染的作用。電催化氧化技術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物產生氧化還原反應,使水中有機物氧化為CO2和H2O或者降解為小分子有機物。在電解過程中,由于電極材料不同,所產生的作用方式也不同,可主要分為以下兩種:一,直接電化學氧化;二,間接電化學氧化。

1.1直接電化學氧化

直接電化學氧化主要是通過陽極與污染物的氧化還原反應來降低水體中的污染物,根據降解程度的不同,可將其劃分為兩種,分別是電化學燃燒與電化學轉化。電化學燃燒主要是將有機物完全轉化為CO2和H2O;電化學轉化主要是將有毒物質轉化為無毒物質或低毒物質。

1.2 間接電化學氧化

間接電化學氧化通過借助電化學反應而產生的活性基團來與污染物作用,從而將其轉化為無毒物質;钚曰鶊F不僅可作為電子交換的中間體,還可作為專用催化劑,在電化學氧化過程中,活性基團可產生·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,則可產生次氯酸根,從而加快氧化反應。間接電化學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,這些基團具有較強的活性,一般情況下,所產生的有機物氧化降解反應時不可逆的過程,只有在通電情況下才能產生這些活性基團,電流中斷時這些基團便會消失。

2.電催化氧化技術研究和應用現狀

2.1 電催化氧化技術研究

在20世紀20年代,電催化氧化技術并未引起人們的重視,當節能要求提出之后,人們開始重視電氧化催化技術的研究與應用,這有力地推動了電催化電極的發展。在電化學技術研究與發展過程中,人們一開始是將金屬作為陽極,這種電極的導電性較好,但在產生電解反應的過程中,易出現溶出現象,從而造成陽極過度損耗,導致溶液中產生新的雜質。此后,人們便用惰性電解作為陽極,這種電極在反應過程中雖不會引入新的雜質,但此種電極的電催化活性較低,治理水體時所需的時間較長且效率較低[1]。在1963年,H·Bccer發明了DSA電極,此種電極具有較好的不溶性、催化活性及穩定性,由此,受到了電化學技術相關研究者的喜愛。近年來,國內外許多環保工作者對電催化氧化技術治理水體污染進行了深入的研究,并在此方面獲得了一定的成績。像是利用Fe電極治理紡織廢水;利用陽極擴散電極、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胺。通過實驗證明,電催化氧化可有效降解或去除廢水中的有機物,具有較好的應用前景。

2.2 電催化氧化技術應用現狀

現階段電催化氧化技術因具有較強的還原能力與氧化能力、適應性較好、成本較低等優點而被廣泛地應用在含酚、醇、烴、染料、醛等有機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,當有機廢水通過碳孔時,在電解反應的作用下,可將廢水中含有的酚與其他有機物去除掉。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,當電流為6安培時,COD的值降到670mg/L。在用石墨作為陽極進行反應之后,酚濃度從原來的15~100mg/L下降到4.7~5.5mg/L。本實驗處理前后的對比,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到92%~95%,而對于含油量不超過150mg/L的廢水,經這兩種處方法處理之后,廢水中的含油量則可下降到10mg/L,若是再進行混凝劑過濾,含油量則可下降到0.7mg/L。但對于水溶性較強的烴類化合物,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行廢水處理,去除率只能達到12%。因此,現狀常用石墨構成的固定床電解來進行廢水處理。

圖1:含酚類廢水處理結果對比圖

在含有染料的廢水中,可使用具有不溶性的NaCl電極進行電解脫色。此外,還可使用復級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到60%~90%。

3.電催化氧化技術在化工污染水體治理中的應用

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,此種廢水不僅會造成資源浪費,還會造成環境污染。對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:在某化工廠在對廢水進行處理時,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,將水中易發生氧化還原反應的金屬離子置換出來;二,采用離子交換法,將不易發生化學反應的金屬離子轉化為易發生反應的金屬離子化合物;三,采用電滲析法,將金屬離子轉化為金屬。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指標,詳見圖2。

3.2 苯酚廢水的處理

在有機物化學工廠進行工業制造時,常會用到酚類化合物。但酚具有較強的致突變、致畸、致癌等毒性,若是其污染到土壤與水資源之后,將會對人與動物的生命造成威脅,并會影響植物的生長。因此,我國對含酚工業廢水排放具有嚴格的排放要求。對此類的廢水處理,可通過改變苯酚的初始濃度、負載電壓、電解質濃度、pH值等影響因素,對苯酚廢水進行電化學處理。通過對有關苯酚廢水的電化學處理實驗表明,負載電壓為5.5V、pH值為8、電解質濃度為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,具有生物難降解性、致突變性、致癌性,是我國重點控制的有害物質。對此類的廢水處理,可采用電催化反應進行處理,具體操作如下:在電極間,采用活性炭進行填充;之后,將廢水中的硝基苯轉換為生物易降解的苯胺[4]。

3.4 酸性廢水的處理

在工廠進行電鍍時,常會產生許多酸性廢水,此種廢水的pH值一般在2~5。在酸性廢水流到土壤之中時,會破壞土壤結構,不利于植物的生長。對于此類的廢水處理,可采用電催化進行處理,此種處理方法的廢水回收率可達到90%,且此種處理方法的應用成本較低,不需消耗大量的堿。

4.結語

電催化氧化技術在化工水體污染治理中的應用,不僅可降低水資源污染,還可促進化工企業的可持續性發展,具有較好的應用價值。在使用電催化氧化技術時,還應根據化工企業的廢水中主要含有的化合物、企業的實際情況,選擇相應的處理方法,以確?蛇_到良好的水體污染治理效果。

原標題:化工污染廢水治理中采用電催化氧化技術的研究進展

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