低能耗電化學(xué)處理含鹽有機(jī)廢水的研究

低能耗電化學(xué)處理含鹽有機(jī)廢水的研究本研究基于含鹽有機(jī)化工廢水的特點(diǎn),以不同電導(dǎo)率有機(jī)廢水為研究對(duì)象,分別探討了電化學(xué)過程中陽(yáng)極直接氧化、活性氯間接氧化、陰極電芬頓機(jī)制對(duì)廢水中有機(jī)物礦化過程的影響,進(jìn)而引入了微流體反應(yīng)器和反向電滲析反應(yīng)器,分別探索了這兩種反應(yīng)器在處理低、高含鹽有機(jī)廢水時(shí)的反應(yīng)機(jī)制和有機(jī)物礦化效率,并對(duì)其技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析和比較,從而對(duì)反應(yīng)過程進(jìn)行了優(yōu)化,為低能耗電化學(xué)有機(jī)廢水處理技術(shù)開發(fā)提供理論和技術(shù)依據(jù)。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果分述如下:（1）使用傳統(tǒng)電化學(xué)反應(yīng)器,在處理含低鹽(50mgL^-1NaCl)苯酚廢水的過程中,BDD（摻硼金剛石電極）陽(yáng)極產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性羥基自由基可對(duì)廢水中存在的苯酚進(jìn)行徹底礦化,但溶液中的低電導(dǎo)率致使較高的槽電壓,因而需要較高的能耗,電流強(qiáng)度為16.4mA,電解6h后,TOC去除率83%,能耗高達(dá)57.24kW·hm^-3;當(dāng)廢水中NaCl含量較高(100gL^-1)時(shí),DSA（Ti/RuO₂）作為陽(yáng)極可促進(jìn)活性氯的產(chǎn)生,陽(yáng)極析氯反應(yīng)帶來的間接氧化作用是苯酚降解的主要機(jī)制,但是反應(yīng)過程中產(chǎn)生的難降解中間產(chǎn)物使廢水中有機(jī)物僅得到部分去除,導(dǎo)致了較低的電流效率,電流強(qiáng)度為16.4mA,電解6h后,TOC去除率44%,電流效率21%;在陰極電芬頓苯酚廢水處理過程中,溶液中H₂O₂的積累量限制了苯酚的降解效率。電流強(qiáng)度為16.4mA,電解6h后,TOC去除率41%,電流效率20%。（2）針對(duì)使用碳?xì)株帢O的電芬頓過程中H₂O₂積累量較低的問題,評(píng)估了與陽(yáng)極過程相關(guān)的極板面積、極板性質(zhì)、電流密度（電壓）、溶液混合速率等的影響。改變了以往只關(guān)注陰極作用的研究模式,提出了增加陰/陽(yáng)極板面積比率,配合控制電壓或電流密度、轉(zhuǎn)速等,可增加陰極產(chǎn)生H₂O₂的同時(shí)減少H₂O₂在陽(yáng)極表面的分解反應(yīng),有效的提高了電流效率,并可避免由復(fù)雜電解設(shè)備和極板材料改性而帶來的高昂成本。特別是證明了使用Ti/IrO₂-Ta₂O₅陽(yáng)極,陽(yáng)極表面積的比率為4時(shí)（陰陽(yáng)極板面積分別為8cm²和2cm²）,在工作電位-0.9Vvs.SCE和轉(zhuǎn)速600rpm作用下獲得了7.3mM的H₂O₂積累濃度,與陰陽(yáng)極表面積比率為1時(shí)相比增加了3.4倍。（3）針對(duì)低鹽廢水直接電化學(xué)氧化過程中的高能耗問題,分別使用傳統(tǒng)電解反應(yīng)器在無添加電解質(zhì)、加入Na₂SO₄做為電解質(zhì)以及微流體反應(yīng)器在無添加電解質(zhì)的條件下對(duì)實(shí)際低電導(dǎo)率脫脂廢水進(jìn)行處理。在傳統(tǒng)反應(yīng)器無外加電解質(zhì)的情況下,TOC去除率70%時(shí)對(duì)應(yīng)302.4￥/m³的運(yùn)行成本;當(dāng)添加0.05mMNa₂SO₄作為電解質(zhì)時(shí),由于槽電壓的降低,使得在TOC去除率70%時(shí)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行成本降至27￥/m³,但電流強(qiáng)度較高時(shí),添加過量的Na₂SO₄使得S₂O₈^2-弱氧化劑的過量產(chǎn)生阻礙·OH的生成,從而導(dǎo)致較低的TOC去除率;使用具有非常低極板間距離（50μm）的微流體反應(yīng)器,低槽電壓以及較高的質(zhì)量傳質(zhì)效率使得反應(yīng)過程中在不添加電解質(zhì)條件下即可獲得很高的TOC去除率和很低的能量損耗,TOC去除率80%時(shí)對(duì)應(yīng)僅15.7￥/m³的運(yùn)行成本。（4）針對(duì)高鹽廢水間接電化學(xué)氧化過程中低電流效率的問題,使用反向電滲析反應(yīng)器,借助含高低鹽（NaCl）有機(jī)廢水中存在的鹽度差,在陰陽(yáng)離子交換膜的作用下產(chǎn)生電能,高鹽廢水在DSA-Cl₂（Ti/RuO₂）陽(yáng)極的作用下,通過活性氯間接電化學(xué)氧化的作用將廢水中的有機(jī)污染物去除。在60組膜體系下,模擬實(shí)際石油廢水中的鹽度梯度,當(dāng)高低鹽廢水中分別含有143gL^-1和78.77mgL^-1NaCl,組裝