電化學(xué)氧化法處理表面活性劑廢水的研究

1、<p>　　電化學(xué)氧化法處理表面活性劑廢水的研究</p><p>　　摘要：近年來電化學(xué)氧化法做為一種新興的工業(yè)有機(jī)廢水處理技術(shù)，已得到廣泛的重視和研究。本文采用電化學(xué)氧化法對高濃度表面活性劑LAS廢水的處理進(jìn)行了研究。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：表面活性劑； 廢水處理 ；電化學(xué)氧化 </p><p>　　中圖分類號：TE992.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文

2、章編號： </p><p>　　表面活性劑是一種重要的化工產(chǎn)品，具有潤濕、分散、乳化、增溶、起泡、洗滌、防腐等作用，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、醫(yī)藥以及日常生活中。大量應(yīng)用的同時(shí)也帶來了環(huán)境污染的問題，廢水中的表面活性劑會使水面產(chǎn)生大量不易消失的泡沫，并對動植物和人體有害。目前，常規(guī)處理此類廢水開發(fā)了諸如電化學(xué)氧化法、泡沫分離法、吸附法、生物處理法等技術(shù)。本文以LAS廢水的處理為例，分析了電化學(xué)氧化技術(shù)。 &l

3、t;/p><p><b>　　2實(shí)驗(yàn)部分 </b></p><p><b>　　2.1實(shí)驗(yàn)原理 </b></p><p>　　圖1流通式電解實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 </p><p>　　圖1為LAS廢水流通式電催化氧化降解實(shí)驗(yàn)裝置。系統(tǒng)由直流穩(wěn)壓電源、水力磁力驅(qū)動循環(huán)泵、儲液池及流通式電解池等組成。實(shí)驗(yàn)采用流通

4、式電解槽，以Ti/SnO2-Sb2O5/PbO2為陽極，不銹鋼為陰極進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)，以NaOH和H2SO4來調(diào)節(jié)廢水pH值，在降解過程中以UV-Vis方法實(shí)時(shí)對廢水降解過程進(jìn)行監(jiān)測以確定最佳工藝條件。 </p><p><b>　　2.2 分析方法 </b></p><p>　　采用《水質(zhì)-陰離子表面活性劑測定-亞甲藍(lán)分光光度法》（GB7494-87）對LAS廢水濃度進(jìn)

5、行測定。 </p><p><b>　　3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 </b></p><p>　　3.1電流密度對LAS廢水降解的影響 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)在極板間距為10mm，廢水 pH=4，支持電解質(zhì)Na2SO4濃度為1.6g/L條件下進(jìn)行。保持電解池水力停留時(shí)間為1min。分別以電流密度為20mA/cm2、30mA/cm2、40mA/cm2進(jìn)

6、行恒電流電解實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。 </p><p>　　A：20mA/cm2 B：30mA/cm2 C：40mA/cm2 </p><p>　　圖2 a) 不同電流密度LAS的降解反應(yīng)曲線 </p><p>　　Fig.2 a) Degradation curve of LAS at different current density </p>

7、<p>　　A：20mA/cm2 B：30mA/cm2 C：40mA/cm2 </p><p>　　圖2 b)不同電流密度LAS的降解反應(yīng)曲線 </p><p>　　由圖2.a)可知，隨著電流密度的增大，在同一電解時(shí)間時(shí)C/C0減小，說明剩余的LAS濃度越低，降解反應(yīng)速率越大。圖2 b)中縱坐標(biāo)為Ah/L，即安培*小時(shí)/升，其意義為加入到單位反應(yīng)溶液中的電荷量。從圖2 b)中曲線

8、的變化可以看出，在電流密度為20mA/cm2條件下電流效率最高，這是因?yàn)樵谳^低電流密度下通入體系的電荷全部用于降解有機(jī)物，因而電流效率較大。而在電流密度較大條件下電解，由于產(chǎn)生的電氧化試劑速率較大，反應(yīng)溶液中有機(jī)物濃度不足，電極表面產(chǎn)生的羥基自由基或新生態(tài)氧相對于溶液中的有機(jī)物過剩，從溶液中逸出，導(dǎo)致了電流效率的降低。綜合考慮降解反應(yīng)速率和電流效率因素，選擇電流密度40mA/cm2為LAS電解最佳實(shí)驗(yàn)條件。 </p>&l

9、t;p>　　3.2Na2SO4濃度對LAS廢水降解反應(yīng)的影響 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)在極板間距為10mm，電流密度為40mA/cm2，以H2SO4、廢水pH=4，條件下進(jìn)行，保持電解池水力停留時(shí)間為1min。在支持電解質(zhì)Na2SO4濃度分別為0.5g/L、1.0g/L、1.6g/L、2.4g/L、4.8g/L條件下進(jìn)行恒電流電解實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。 </p><p>　　A

10、：0.5g/L；B：1.0g/L；C：1.6g/L；D：2.4g/L；E：4.8g/L </p><p>　　圖3不同濃度Na2SO4LAS的降解反應(yīng)曲線 </p><p>　　由圖3可見，當(dāng)Na2SO4投入量為1.6g/L時(shí)電流效率最高。這是因?yàn)楫?dāng)Na2SO4的投入量較小時(shí)，電解液中離子濃度低，溶液電阻大，有部分電流消耗于溶液電阻加熱而不是電解反應(yīng)，所以用于電解反應(yīng)的電流效率低；而當(dāng)支持

11、電解質(zhì)濃度過大時(shí)，電解質(zhì)占據(jù)了陽極表面較多的位置，阻礙了有機(jī)分子與電極表面的接觸，反而降低了電解反應(yīng)速度。所以對于LAS廢水的電解實(shí)驗(yàn)最佳支持電解質(zhì)Na2SO4投入量為1.6g/L。 </p><p>　　3.3廢水pH對LAS廢水降解反應(yīng)的影響 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)在極板間距為10mm，電流密度為40mA/cm2，支持電解質(zhì)Na2SO4濃度為1.6g/L條件下進(jìn)行，保持電解池水力停

12、留時(shí)間為10min。以H2SO4、NaOH調(diào)節(jié)廢水pH值分別為：2.0、3.0、4.0、6.0、8.0進(jìn)行恒電流電解實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。 </p><p>　　A：pH=2.0B：pH=3.0C：pH=4.0D：pH=6.0E：pH=8.0 </p><p>　　圖4不同pH值LAS的降解反應(yīng)曲線 </p><p>　　由圖4可知，pH條件對LAS廢水降解有顯

13、著影響。酸性越強(qiáng)電流效率越高，對于LAS廢水電解反應(yīng)酸性越強(qiáng)Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2電極的催化活性越高。但實(shí)際降解過程中，酸性過大會產(chǎn)生二次污染，排放前需要加堿中和，做進(jìn)一步的處理，增大了工作量和成本，所以LAS廢水降解實(shí)驗(yàn)選擇在弱酸性條件下pH=4進(jìn)行。 </p><p>　　3.4極板間距對LAS廢水降解反應(yīng)的影響 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)在廢水pH=4，電流密度為40m

14、A/cm2，支持電解質(zhì)Na2SO4濃度為1.6g/L條件下進(jìn)行，保持電解池水力停留時(shí)間為10min。調(diào)節(jié)極板間距分別為5mm 10mm 20mm 進(jìn)行恒電流電解實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。 </p><p>　　A=5mmB=10mmC=20mm </p><p>　　圖5 不同極板間距LAS的降解反應(yīng)曲線 </p><p>　　由圖5可知，極板間距為10mm左右時(shí)L

15、AS降解反應(yīng)電流效率最高。這是由于極板間距過小或過大時(shí)不利于有機(jī)物向電極表面?zhèn)髻|(zhì)，也不利于電生成試劑與有機(jī)物分子相遇進(jìn)行反應(yīng)，因此需要采用適當(dāng)?shù)臉O板間距。LAS廢水降解實(shí)驗(yàn)選擇極板間距10mm為優(yōu)化電解條件。 </p><p>　　3.5水力停留時(shí)間對降解反應(yīng)的影響 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)在電流密度40mA/cm2廢水pH=4，極板間距10mm，支持電解質(zhì)Na2SO4濃度為1.6g/L

16、條件下進(jìn)行，保持電解池水力停留時(shí)間分別為8min 6min 4 min 2min 1min 進(jìn)行恒電流電解實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。 </p><p>　　A：8minB：6minC：4minD：2minE：1min </p><p>　　圖6水力停留時(shí)間對LAS降解反應(yīng)的影響 </p><p>　　由圖6可以看出，水力停留時(shí)間對LAS廢水降解反應(yīng)電流效率影響較大，

17、水力停留時(shí)間越短說明流速越大，電解池的擾動性越強(qiáng)，陽極表面液膜的更新越快，越有利于陽極表面與溶液主體之間的離子傳遞，因此反應(yīng)速度越快，電流效率越高。當(dāng)流速提高到一定數(shù)值后，傳質(zhì)速率成為反應(yīng)速度和電流效率的控制因素，繼續(xù)增大流速對提高傳質(zhì)速率的作用很小，因而對電流效率和反應(yīng)速率的影響亦變小。綜合考慮設(shè)備、能耗、電流效率等因素，LAS廢水電解實(shí)驗(yàn)選擇水力停留時(shí)間為1min為優(yōu)化電解條件。 </p><p><b

18、>　　3.6工藝評價(jià) </b></p><p>　?。?）通過大量工藝參數(shù)摸索實(shí)驗(yàn)，可以確定降解LAS廢水的最佳工藝條件：電流密度40mA/cm2，電解質(zhì)Na2SO4濃度1.6g/L，廢水pH=4，極板間距10mm，水力停留時(shí)間1min。 </p><p>　　（2）通過最優(yōu)工藝條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知應(yīng)用Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2電極處理高濃度LAS廢水是可行的并

19、可以取得較好的的處理效果，應(yīng)用此種工藝對高濃度表面活性劑廢水進(jìn)行處理能耗低，處理效果明顯，而且在處理過程中不產(chǎn)生二次污染，具有很好的研究和應(yīng)用前景。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] Brillas E,Casado J .Aniline degradation by Electro-Fenton and peroxi-co

20、agulation processes using a flow reactor for wastewater treatment.Chemosphere,2002,47:241-248. </p><p>　　[2] 林海波，劉小波，孫智權(quán)，張恒彬．Ti/PbO2和Ti/Ru-Ti-Sn氧化物涂層電極上苯酚的電化學(xué)氧化和降解.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2005，26(9)：1709-1711． </p>