曹敬華1，張希衡2
(1.青島建筑工程學院環(huán)境工程系，山東青島266033；2.西安建筑科技大學環(huán)境與市政工程學院，陜西西安710055)

　　摘　要：對采用新型節(jié)能活性炭固定床電解槽處理苯酚廢水的研究結(jié)果表明，NaCl投加量為9～20g/L時對酚的去除影響最大，最佳投加量為20g/L；槽電壓升高會使酚去除率增加，但單位功率去除率明顯減小；出水酚濃度與電解時間呈負指數(shù)關系，隨電解時間增加而降低；酚降解速率與酚濃度呈一級反應關系;在酚去除率相同的條件下，活性炭固定床電解槽可比普通電解槽節(jié)省電耗30%～40%。
　　關鍵詞：苯酚廢水；活性炭固定床；電解槽
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)05-0045-03

　　新型節(jié)能活性炭固定床電解槽，即在電解槽內(nèi)裝填導電性能良好的活性炭作陽極。因其比表面積巨大而具有很強的吸附能力，大量污染物聚集在活性炭內(nèi)表面而被陽極氧化性產(chǎn)物氧化為無害物質(zhì)，且強大的吸附能力大大提高了氧化性產(chǎn)物的利用效果，故可顯著降低能耗。?

1 試驗

1.1 設備與材料
　　活性炭固定床電解槽如圖1所示。

　　電極均采用石墨板，尺寸為12cm×5cm，極距為5cm；槽內(nèi)活性炭填充高度為12cm、質(zhì)量為120g；陰極與活性炭間用尼龍網(wǎng)隔開。
　　活性炭為QJ20型，粒度為8～14目，使用前需在清水中煮沸排除氣泡。
　　電解液由分析純苯酚、NaCl和自來水配制。
　　萬用電表為MF30型。
　　電流表為C46-A型。
　　流量計為LZB15型轉(zhuǎn)子流量計。
1.2　試驗流程
　　試驗流程如圖2所示。蓄水箱中的溶液被泵提升后經(jīng)流量計、熱交換器進入電解槽進行電解，電解后的溶液再流回蓄水槽進行循環(huán)連續(xù)電解。

1.3 　試驗條件
　?、?苯酚濃度：生物法處理含酚廢水要求酚濃度≤500mg/L,而酚回收工藝要求 酚濃度≥1000mg/L,對500～1000mg/L酚濃度的廢水一般采用電解法或其他氧化方法處理[1、2]，故試驗將廢水中苯酚濃度定為500mg/L(溴化滴定法測定)。
　　② 溫度：試驗溫度控制在(25±0.2)℃。
　　③ pH值：廢水pH值控制在中性范圍，為保證試驗結(jié)果的可比性，須控制pH=7.8。每次試驗配制電解液10L，流量Q保持50L/h。
1.4 　確定工作點
　　在苯酚初始濃度C0=500mg/L、電解時間t=18min、槽電壓V=10V、[NaCl]=20g/L的條件下進行試驗，得到圖3所示的苯酚去除率E與電解槽運行周期數(shù)N的關系。?

　　圖3表明在運行周期數(shù)較小時苯酚去除率較高，隨著運行周期數(shù)的增加去除率逐漸降低，最終穩(wěn)定。這是因為在運行初始除電解氧化外還有活性炭吸附作用，隨著運行周期數(shù)的增加，活性炭逐漸達到吸附飽和，最終只有電解氧化在起作用，因而穩(wěn)定值才反映了電解氧化作用的效能，是其真正工作點。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl投加量對酚去除的影響
　　質(zhì)量濃度為500mg/L的苯酚廢水，在槽電壓為10V、電解時間為18min條件下的試驗結(jié)果見圖4。

　　根據(jù)圖4求得dE/d[NaCl]與[NaCl]的關系表明：[NaCl]＜6g/L時dE/d[NaCl ]很小，NaCl投加量對酚去除無明顯作用；[NaCl]為6～9g/L時，隨[NaCl]的增加dE/d[NaCl]迅速增大，表明NaCl濃度變化對酚去除的影響逐漸增強；[NaCl]為9～20g/ L時dE/d[NaCl]達到最大值，表明此時對酚去除的影響最大；[NaCl]＞20g/L時，隨[NaCl]的增加dE/d[NaCl]迅速減小，表明對酚去除的影響越來越?。籟NaCl]＞30g/L時，dE/d[NaCl]已經(jīng)降到很小，NaCl投加量的變化對酚去除不再產(chǎn)生影響。NaCl濃度對酚去除的影響可以解釋為：[NaCl]＜6g/L時，投加NaCl的作用主要為提高溶液的電導率、減小電解槽內(nèi)阻，而Cl-的放電產(chǎn)物Cl₂對酚的氧化作用很微?。籟NaCl]為6～9g/L時，NaCl濃度的增加一方面降低了槽內(nèi)阻，另一方面使Cl-的放電能力增強、Cl₂的生成速度加快，則對酚的氧化作用逐漸增強；[NaCl]為9～20g/L時對Cl-的放電速率影響最大，NaCl的作用主要表現(xiàn)在Cl^- 放電生成的Cl₂氧化分解廢水中的酚；[NaCl]＞20g/L時，隨著NaCl濃度的升高Cl-活度系數(shù)減少，[NaCl]的變化對Cl-放電速率的影響逐漸減少，另外生成的氯利用率較低，有一部分逸出到空氣中，故造成NaCl濃度的變化對酚氧化速率的影響逐漸減弱；[NaCl]＞30g/L時，Cl₂活度系數(shù)的減少和逸出兩種作用均很強，致使NaCl投加量變化幾乎不影響酚的去除。
　　試驗結(jié)果還表明，NaCl投加量在20g/L左右是經(jīng)濟有效的。?
2.2　 槽電壓V對酚去除的影響
　　質(zhì)量濃度為500 mg/L的苯酚廢水，在NaCl濃度為12g/L、電解時間為18min的條件下進行試驗，結(jié)果如圖5、6所示。

　　圖5的回歸方程為E=0.14+0.025V，r=0.997。?
　　圖6的回歸方程為I=-0.31+0.1135V，r=0.995。則單位功率去除率(E/IV)為：

　　　　　　　　　　E／IV=0.14+0.025V／-0.31V+0.1135V²　　　　　(1)?

　　由試驗可知，隨著槽電壓的降低單位功率去除率增大，因此在保證一定電流密度的前提下，應盡量降低槽電壓以保持較大的單位功率去除率。另外提高槽電壓可提高苯酚去除率，但去除酚所需的能量也相應提高。
2.3　 電解時間對酚去除的影響
　　對初始濃度為500mg/L的苯酚廢水，在槽電壓為10V、NaCl濃度為12g/L的條件下進行電解時間t對酚去除的影響試驗，結(jié)果如圖7所示。?

　　由圖7所得回歸方程為：lg(C/C0)=-0.004 2-0.0124t,r=0.999，則可得到出水酚濃度C及酚降解速率(-dC/dt)的表達式：?

?　　　　　C=C0×10^-0.0124t?　　　(2)?
　　　　　　-dC／dt=0.0286C　　 　　(3)
　　由式(2)、(3)可知，出水酚濃度與電解時間呈負指數(shù)關系，隨電解時間增加而逐漸降低；酚降解速率與酚濃度呈一級反應關系，即隨電解時間的增加逐漸減小。
2.4　與普通電解槽電耗比較
　　普通電解槽采用與活性炭固定床電解槽相同的電極材料、極板尺寸和極距，經(jīng)試驗得到苯酚去除率與槽電壓關系、平均電流與槽電壓關系。
　　回歸方程分別為：E=0.16+0.026V，r=0.988;I=-0.63+0.218V，r=1。
　　據(jù)電解槽電耗W=IVt可得活性炭固定床電解槽電耗W1與酚去除率的關系為：
? 　　W₁=(5.30-63.2 E+181.6E²)t　　　　(4)?
　　普通電解槽電耗W2與酚去除率的關系為：
　　　? W₂=(12.16-127.52 E+322.46E²)t 　　(5)?
　　則：W₁/W₂=[5.30-63.2E+181.6E²]/[12.16-127.52E+322.46E²] (6)?
　　即在本試驗條件下達到同樣的酚去除率時，活性炭固定床電解槽可比普通電解槽節(jié)能30%～40%，且節(jié)能率隨酚去除率增大而增大。

3 　結(jié)論

　?、?NaCl投加量在9～20g/L之間對酚的去除影響最大，最佳投加量20g/L左右。
　?、?隨槽電壓的升高酚去除率增大，但單位功率去除率明顯減小。
　　③ 出水酚濃度與電解時間呈負指數(shù)關系，隨電解時間延長而降低，酚降解速率與酚濃度呈一級反應關系。
　?、?在酚去除率相同的條件下，活性炭固定床電解槽可比普通電解槽節(jié)省電耗30%～40%。

參考文獻：

　　[1]汪大.工業(yè)廢水中專項污染物處理手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2000.
　　[2]張芳西.含酚廢水的處理與利用[M].北京:化學工業(yè)出版社,1983.

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　　電　　話：(0532)5071262 5072876(H)?
　　收稿日期：2001-09-29