电化学氧化法处理表面活性剂废水的研究.doc

1、1电化学氧化法处理表面活性剂废水的研究摘要：近年来电化学氧化法做为一种新兴的工业有机废水处理技术，已得到广泛的重视和研究。本文采用电化学氧化法对高浓度表面活性剂LAS 废水的处理进行了研究。 关键词：表面活性剂； 废水处理 ；电化学氧化 中图分类号：TE992.2 文献标识码： A 文章编号： 表面活性剂是一种重要的化工产品，具有润湿、分散、乳化、增溶、起泡、洗涤、防腐等作用，广泛应用于工业、农业、建筑业、医药以及日常生活中。大量应用的同时也带来了环境污染的问题，废水中的表面活性剂会使水面产生大量不易消失的泡沫，并对动植物和人体有害。目前，常规处理此类废水开发了诸如电化学氧化法、泡沫分离法、吸

2、附法、生物处理法等技术。本文以 LAS 废水的处理为例，分析了电化学氧化技术。 2 实验部分 2.1 实验原理 图 1 流通式电解实验装置示意图 图 1 为 LAS 废水流通式电催化氧化降解实验装置。系统由直流稳压电源、水力磁力驱动循环泵、储液池及流通式电解池等组成。实验采用流通式电解槽，以 Ti/SnO2-Sb2O5/PbO2 为阳极，不锈钢为阴极进行电解2实验，以 NaOH 和 H2SO4 来调节废水 pH 值，在降解过程中以 UV-Vis 方法实时对废水降解过程进行监测以确定最佳工艺条件。 2.2 分析方法 采用水质-阴离子表面活性剂测定-亚甲蓝分光光度法 （GB7494-87）对 LA

3、S 废水浓度进行测定。 3 实验结果与讨论 3.1 电流密度对 LAS 废水降解的影响 实验在极板间距为 10mm，废水 pH=4，支持电解质 Na2SO4 浓度为1.6g/L 条件下进行。保持电解池水力停留时间为 1min。分别以电流密度为 20mA/cm2、30mA/cm2、40mA/cm2 进行恒电流电解实验，实验结果如图2 所示。 A：20mA/cm2 B：30mA/cm2 C：40mA/cm2 图 2 a) 不同电流密度 LAS 的降解反应曲线 Fig.2 a) Degradation curve of LAS at different current density A：20mA/

4、cm2 B：30mA/cm2 C：40mA/cm2 图 2 b)不同电流密度 LAS 的降解反应曲线 由图 2.a)可知，随着电流密度的增大，在同一电解时间时 C/C0 减小，说明剩余的 LAS 浓度越低，降解反应速率越大。图 2 b)中纵坐标为Ah/L，即安培*小时/升，其意义为加入到单位反应溶液中的电荷量。从3图 2 b)中曲线的变化可以看出，在电流密度为 20mA/cm2 条件下电流效率最高，这是因为在较低电流密度下通入体系的电荷全部用于降解有机物，因而电流效率较大。而在电流密度较大条件下电解，由于产生的电氧化试剂速率较大，反应溶液中有机物浓度不足，电极表面产生的羟基自由基或新生态氧相对

5、于溶液中的有机物过剩，从溶液中逸出，导致了电流效率的降低。综合考虑降解反应速率和电流效率因素，选择电流密度40mA/cm2 为 LAS 电解最佳实验条件。 3.2Na2SO4 浓度对 LAS 废水降解反应的影响 实验在极板间距为 10mm，电流密度为 40mA/cm2，以 H2SO4、废水pH=4，条件下进行，保持电解池水力停留时间为 1min。在支持电解质Na2SO4 浓度分别为 0.5g/L、1.0g/L、1.6g/L、2.4g/L、4.8g/L 条件下进行恒电流电解实验，实验结果如图 3 所示。 A：0.5g/L；B：1.0g/L；C：1.6g/L；D：2.4g/L；E：4.8g/L 图

6、 3 不同浓度 Na2SO4LAS 的降解反应曲线 由图 3 可见，当 Na2SO4 投入量为 1.6g/L 时电流效率最高。这是因为当 Na2SO4 的投入量较小时，电解液中离子浓度低，溶液电阻大，有部分电流消耗于溶液电阻加热而不是电解反应，所以用于电解反应的电流效率低；而当支持电解质浓度过大时，电解质占据了阳极表面较多的位置，阻碍了有机分子与电极表面的接触，反而降低了电解反应速度。所以对于 LAS 废水的电解实验最佳支持电解质 Na2SO4 投入量为 1.6g/L。 43.3 废水 pH 对 LAS 废水降解反应的影响 实验在极板间距为 10mm，电流密度为 40mA/cm2，支持电解质

7、Na2SO4浓度为 1.6g/L 条件下进行，保持电解池水力停留时间为 10min。以H2SO4、NaOH 调节废水 pH 值分别为：2.0、3.0、4.0、6.0、8.0 进行恒电流电解实验，实验结果如图 4 所示。 A：pH=2.0B：pH=3.0C：pH=4.0D：pH=6.0E：pH=8.0 图 4 不同 pH 值 LAS 的降解反应曲线 由图 4 可知，pH 条件对 LAS 废水降解有显著影响。酸性越强电流效率越高，对于 LAS 废水电解反应酸性越强 Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2 电极的催化活性越高。但实际降解过程中，酸性过大会产生二次污染，排放前需要加碱中和，做进一步的处理

8、，增大了工作量和成本，所以 LAS 废水降解实验选择在弱酸性条件下 pH=4 进行。 3.4 极板间距对 LAS 废水降解反应的影响 实验在废水 pH=4，电流密度为 40mA/cm2，支持电解质 Na2SO4 浓度为 1.6g/L 条件下进行，保持电解池水力停留时间为 10min。调节极板间距分别为 5mm 10mm 20mm 进行恒电流电解实验，实验结果如图 5 所示。 A=5mmB=10mmC=20mm 图 5 不同极板间距 LAS 的降解反应曲线 5由图 5 可知，极板间距为 10mm 左右时 LAS 降解反应电流效率最高。这是由于极板间距过小或过大时不利于有机物向电极表面传质，也不利

9、于电生成试剂与有机物分子相遇进行反应，因此需要采用适当的极板间距。LAS 废水降解实验选择极板间距 10mm 为优化电解条件。 3.5 水力停留时间对降解反应的影响 实验在电流密度 40mA/cm2 废水 pH=4，极板间距 10mm，支持电解质Na2SO4 浓度为 1.6g/L 条件下进行，保持电解池水力停留时间分别为8min 6min 4 min 2min 1min 进行恒电流电解实验。实验结果如图 6 所示。 A：8minB：6minC：4minD：2minE：1min 图 6 水力停留时间对 LAS 降解反应的影响 由图 6 可以看出，水力停留时间对 LAS 废水降解反应电流效率影响较

10、大，水力停留时间越短说明流速越大，电解池的扰动性越强，阳极表面液膜的更新越快，越有利于阳极表面与溶液主体之间的离子传递，因此反应速度越快，电流效率越高。当流速提高到一定数值后，传质速率成为反应速度和电流效率的控制因素，继续增大流速对提高传质速率的作用很小，因而对电流效率和反应速率的影响亦变小。综合考虑设备、能耗、电流效率等因素，LAS 废水电解实验选择水力停留时间为 1min 为优化电解条件。 63.6 工艺评价 （1）通过大量工艺参数摸索实验，可以确定降解 LAS 废水的最佳工艺条件：电流密度 40mA/cm2，电解质 Na2SO4 浓度 1.6g/L，废水 pH=4，极板间距 10mm，水

11、力停留时间 1min。 （2）通过最优工艺条件下的实验结果可知应用 Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2电极处理高浓度 LAS 废水是可行的并可以取得较好的的处理效果，应用此种工艺对高浓度表面活性剂废水进行处理能耗低，处理效果明显，而且在处理过程中不产生二次污染，具有很好的研究和应用前景。 参考文献 1 Brillas E,Casado J .Aniline degradation by Electro-Fenton and peroxi-coagulation processes using a flow reactor for wastewater treatment.Chemosphere,2002,47:241-248. 2 林海波，刘小波，孙智权，张恒彬Ti/PbO2 和 Ti/Ru-Ti-Sn 氧化物涂层电极上苯酚的电化学氧化和降解.高等学校化学学报，2005，26(9)：1709-1711 3 梁镇海，许文林，孙彦平.焦化含酚废水在 Ti/PbO2 电极上的氧化处理.稀有金属材料与工程，1996，(25)：37-40