活性炭固定床电解槽处理苯酚废水

1、活性炭固定床电解槽处理苯酚废水活性炭固定床电解槽处理苯酚废水 摘要：对采用新型节能活性炭固定床电解槽处理苯酚废水的结果表明，NaCl 投加量为 920g/L 时对酚的去除最大，最佳投加量为 20g/L；槽电压升高会使酚去除率增加，但单位功率去除率明显减小；出水酚浓度与电解时间呈负指数关系，随电解时间增加而降低；酚降解速率与酚浓度呈一级反应关系;在酚去除率相同的条件下，活性炭固定床电解槽可比普通电解槽节省电耗 3040。 关键词：苯酚废水 活性炭固定床 电解槽 新型节能活性炭固定床电解槽，即在电解槽内装填导电性能良好的活性炭作阳极。因其比表面积巨大而具有很强的吸附能力，大量污染物聚集在活性炭内表

2、面而被阳极氧化性产物氧化为无害物质，且强大的吸附能力大大提高了氧化性产物的利用效果，故可显著降低能耗。? 1 1 试验试验 1.1 1.1 设备与材料设备与材料 活性炭固定床电解槽如图 1 所示。 电极均采用石墨板，尺寸为 12cm5cm，极距为 5cm；槽内活性炭填充高度为 12cm、质量为 120g；阴极与活性炭间用尼龙网隔开。 活性炭为 QJ20 型，粒度为 814 目，使用前需在清水中煮沸排除气泡。 电解液由纯苯酚、NaCl 和自来水配制。 万用电表为 MF30 型。 电流表为 C46-A 型。 流量计为 LZB15 型转子流量计。 1.21.2 试验流程试验流程 试验流程如图 2 所

3、示。蓄水箱中的溶液被泵提升后经流量计、热交换器进入电解槽进行电解，电解后的溶液再流回蓄水槽进行循环连续电解。 1.3 1.3 试验条件试验条件 苯酚浓度：生物法处理含酚废水要求酚浓度500mg/L,而酚回收工艺要求 酚浓度1000mg/L,对 5001000mg/L 酚浓度的废水一般采用电解法或其他氧化处理1、2，故试验将废水中苯酚浓度定为 500mg/L(溴化滴定法测定)。 温度：试验温度控制在(250.2)。 pH 值：废水 pH 值控制在中性范围，为保证试验结果的可比性，须控制pH=7.8。每次试验配制电解液 10L，流量 Q 保持 50L/h。 1.4 1.4 确定工作点确定工作点 在

4、苯酚初始浓度 C0=500mg/L、电解时间 t=18min、槽电压 V=10V、NaCl=20g/L 的条件下进行试验，得到图 3 所示的苯酚去除率 E 与电解槽运行周期数 N 的关系。? 图 3 表明在运行周期数较小时苯酚去除率较高，随着运行周期数的增加去除率逐渐降低，最终稳定。这是因为在运行初始除电解氧化外还有活性炭吸附作用，随着运行周期数的增加，活性炭逐渐达到吸附饱和，最终只有电解氧化在起作用，因而稳定值才反映了电解氧化作用的效能，是其真正工作点。 2 2 结果与分析结果与分析 2.1 NaCl2.1 NaCl 投加量对酚去除的影响投加量对酚去除的影响 质量浓度为 500mg/L 的苯

5、酚废水，在槽电压为 10V、电解时间为 18min 条件下的试验结果见图 4。 根据图 4 求得 dE/dNaCl与NaCl的关系表明：NaCl6g/L 时dE/dNaCl 很小，NaCl 投加量对酚去除无明显作用；NaCl为 69g/L 时，随NaCl的增加 dE/dNaCl迅速增大，表明 NaCl 浓度变化对酚去除的影响逐渐增强；NaCl为 920g/ L 时 dE/dNaCl达到最大值，表明此时对酚去除的影响最大；NaCl20g/L 时，随NaCl的增加 dE/dNaCl迅速减小，表明对酚去除的影响越来越小；NaCl30g/L 时，dE/dNaCl已经降到很小，NaCl投加量的变化对酚去

6、除不再产生影响。NaCl 浓度对酚去除的影响可以解释为：NaCl6g/L 时，投加 NaCl 的作用主要为提高溶液的电导率、减小电解槽内阻，而 Cl-的放电产物 Cl2对酚的氧化作用很微小；NaCl为 69g/L 时，NaCl浓度的增加一方面降低了槽内阻，另一方面使 Cl-的放电能力增强、Cl2的生成速度加快，则对酚的氧化作用逐渐增强；NaCl为 920g/L 时对 Cl-的放电速率影响最大，NaCl 的作用主要表现在 Cl- 放电生成的 Cl2氧化分解废水中的酚；NaCl20g/L 时，随着 NaCl 浓度的升高 Cl-活度系数减少，NaCl的变化对 Cl-放电速率的影响逐渐减少，另外生成的

7、氯利用率较低，有一部分逸出到空气中，故造成 NaCl 浓度的变化对酚氧化速率的影响逐渐减弱；NaCl30g/L 时，Cl2活度系数的减少和逸出两种作用均很强，致使 NaCl 投加量变化几乎不影响酚的去除。 试验结果还表明，NaCl 投加量在 20g/L 左右是有效的。? 2.22.2 槽电压槽电压 V V 对酚去除的影响对酚去除的影响 质量浓度为 500 mg/L 的苯酚废水，在 NaCl 浓度为 12g/L、电解时间为18min 的条件下进行试验，结果如图 5、6 所示。 图 5 的回归方程为 E=0.14+0.025V，r=0.997。? 图 6 的回归方程为 I=-0.31+0.1135

8、V，r=0.995。则单位功率去除率(E/IV)为： EIV=0.14+0.025V-0.31V+0.1135V2 (1)? 由试验可知，随着槽电压的降低单位功率去除率增大，因此在保证一定电流密度的前提下，应尽量降低槽电压以保持较大的单位功率去除率。另外提高槽电压可提高苯酚去除率，但去除酚所需的能量也相应提高。 2.32.3 电解时间对酚去除的电解时间对酚去除的 对初始浓度为 500mg/L 的苯酚废水，在槽电压为 10V、NaCl 浓度为 12g/L的条件下进行电解时间 t 对酚去除的影响试验，结果如图 7 所示。? 由图 7 所得回归方程为：lg(C/C0)=-0.004 2-0.0124

9、t,r=0.999，则可得到出水酚浓度 C 及酚降解速率(-dC/dt)的表达式：? ? C=C010-0.0124t? (2)? -dCdt=0.0286C (3) 由式(2)、(3)可知，出水酚浓度与电解时间呈负指数关系，随电解时间增加而逐渐降低；酚降解速率与酚浓度呈一级反应关系，即随电解时间的增加逐渐减小。 2.42.4 与普通电解槽电耗比较与普通电解槽电耗比较 普通电解槽采用与活性炭固定床电解槽相同的电极材料、极板尺寸和极距，经试验得到苯酚去除率与槽电压关系、平均电流与槽电压关系。 回归方程分别为：E=0.16+0.026V，r=0.988;I=-0.63+0.218V，r=1。 据电

10、解槽电耗 W=IVt 可得活性炭固定床电解槽电耗 W1 与酚去除率的关系为： ? W1=(5.30-63.2 E+181.6E2)t (4)? 普通电解槽电耗 W2 与酚去除率的关系为： ? W2=(12.16-127.52 E+322.46E2)t (5)? 则：W1/W2=5.30-63.2E+181.6E2/12.16-127.52E+322.46E2 (6)? 即在本试验条件下达到同样的酚去除率时，活性炭固定床电解槽可比普通电解槽节能 30%40%，且节能率随酚去除率增大而增大。 3 3 结论结论 NaCl 投加量在 920g/L 之间对酚的去除影响最大，最佳投加量 20g/L左右。 随槽电压的升高酚去除率增大，但单位功率去除率明显减小