有机污染物在电化学反应器中电化学降解过程研究

王冲

(吉林东北煤炭工业环保研究有限公司吉林长春 130062)

有机污染物在电化学反应器中电化学降解过程研究

王冲

(吉林东北煤炭工业环保研究有限公司吉林长春 130062)

本文研究环氧丙烷皂化废水在滤压式电化学反应器中的电催化氧化降解过程。提高电流密度能提高降解速率，但增加了能耗，综合考虑最佳的电流密度是10mA/cm2。

电催化氧化；环氧丙烷；工业废水；滤压式电化学反应器

随着电催化氧化技术在污水净化[1]、垃圾渗滤液[2]、制革废水[3]、印染废水[4]、炼油废水[5,6]等领域的应用研究，使人们对电化学技术处理废水的期待更加迫切。本文根据环氧丙烷皂化废水的氯离子浓度高，导电性强特点提出了间接电氧化法降解废水中的有机物污染物的思路，研究环氧丙烷皂化废水在滤压式电化学反应器中的电催化氧化降解过程，并讨论相关因素对有机污染物降解过程的影响。

1 实验部分

1.1 实验装置

循环电解实验在滤压式电化学反应器中进行。阳极为网状DSA型电极，阴极为Ti网，每块电极面积为3×3cm2，两极间距可调。待处理废水为250cm3，电解系统进行恒电流电解，可调节电流密度。柱状颗粒活性炭作为填充粒子，填充于两极板之间。

1.2 实验步骤

1.2.1 环氧丙烷皂化废水的预处理

向环氧丙烷废水中加入纯碱（Na2CO3）溶液和二氧化碳转化为碳酸钙（CaCO3），并调节pH至中性，反应方程式如下：

1.2.2 电化学氧化法处理环氧丙烷皂化废水

整个电催化氧化装置由直流电源、滤压式电化学反应器及附件组成。实验在室温下进行，贮槽中加入待处理的0.25L的废水，电解液通过磁力泵进入反应器，转子流量计调节流速，待反应器中的流动稳定后，设定电流至所需值后接通电源，开始计时，每隔一段时间取样测定有机物含量和COD。

1.3 COD的测定方法

采用重铬酸钾法测定(GB11914-1989)。在测定水样时，由于环氧丙烷皂化废水的含盐量和氯离子浓度较高，进行COD测定时，需要将水样稀释。通过多次平行试验发现，当氯离子浓度超过1000mgL/时，存在的误差比较大，因此将水样氯离子稀释到1000mg/L以下，再用硫酸汞做掩蔽剂。

1.4 主要计算公式

1.4.1 COD去除率

上式中：COD0——处理前废水的COD值(mg·L-1)；CODt——电解时间为t时废水的COD值(mg·L-1)；ΔCOD%——COD去除率。

1.4.2 能耗

上式中：W 为能耗（J）；U 为电压（V）；I为电流（A）；t为电解时间（s）。

2 结果与讨论

2.1 电解时间对去除COD效果的影响

取0.25L经预处理的废水，电极间距=15mm，电流密度30mAcm-2，流量4L/h，阳极采用网状Ru-Ti-Sn电极，阴极为Ti网，每块电极面积为3×3cm2，温度为室温，考察电催化氧化法对废水中COD的去除效果，见图1。在反应过程中，反应器内产生大量的氯气。电解氧化法去除COD是一个复杂的电化学反应过程，不仅存在电极表面上的直接电氧化，而且存在以Cl-/Cl2或Cl-/ClO-为媒介的间接电氧化过程。废水中氯离子的浓度为10.968g/L，电解过程中会产生Cl2、ClO-，它们是强氧化剂，有助于降低水中的COD浓度。从图1可以明显看出，前1hCOD迅速下降，但1h后，COD又升高，说明生成了中间产物使废水的COD升高，在2h后COD又开始迅速降低，在7h后COD全部去除，同时也可以说明电催化氧化法可以有效降低废水中的COD。

图1 COD去除率随时间的变化

2.2 电流密度的影响

实验初步考察了电流密度对COD和去除效果的影响，实验结果见图2。在反应的初始阶段COD的降解速率是30mA/cm2>50mA/cm2>10mA/cm2，电流密度对废水电化学降解影响主要有两方面：增大电流密度一方面可使电极的工作表面得到充分利用，电生成活性氧化中间体的浓度增大，有利于电化学氧化进程；另一方面，高电流密度下，电极极化现象和钝化加剧，并且、析氧副反应也不断加强，降低了电解效率和处理效果。但50mA/cm2时，COD完全降解所需的时间是最少，这是因为电化学反应的速率由电流密度的大小决定。电流密度的提高，意味着单位时间内转移的电子多，总的反应速度也相应提高。但电流密度增大会导致槽电压升高、使能耗上升。表1是列出不同电流密度下降解效果，从能耗角度考虑不宜选择过大电流密度，最优的电流密度是10mA/cm2。

图2 不同电流密度下COD去除率随时间的变化

表1 不同电流密度条件下的能耗

3 结论

（1）使用DSA型阳极、Ti阴极和滤压式电化学反应器构成的电解处理体系处理实际环氧丙烷皂化废水，循环电解实验的结果表明，利用电催化氧化技术处理环氧丙烷皂化废水，降解废水中的有机污染物是可行的。（2）阐述了电化学处理废水的过程中电流密度对有机物降解过程的影响，增加电流密度能提高降解速率，但同时也增加了能耗，综合考虑最佳的电流密度是10mA/cm2。

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