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苯胺、硝基苯作为两种典型的有机毒物,难以降解;在环境中有一定的残留水平;具有生物富集性、三致(致突变、致畸变、致癌变)作用和毒性,目前尚没有经济有效的方法来处理该类废水。本研究根据苯胺、硝基苯这两种物质难生物氧化但易被还原的特性,分别研究了苯胺、硝基苯废水的离子膜辅助电催化还原过程和离子膜辅助电催化氧化过程的工艺条件,并在最佳工艺条件下,设计了离子膜辅助电催化还原—氧化组合技术对该废水(苯胺浓度在190mg/L、硝基苯浓度在230mg/L左右)进行处理,取得了较好的处理效果。具体研究结果如下:
1、电催化还原过程。
筛选出以不锈钢为阴极、电压为4V、pH为5、温度40℃,循环速度为30L/h的条件,废水在电解装置的阴极室被还原。反应1h后,苯胺、硝基苯的还原效率分别为94.7%、97.4%,而TOC的降解效率不到50%。证明催化还原过程在短时间内能将苯胺、硝基苯还原,但并不是被完全降解成CO2和H2O,而是还原成其他小分子的有机物。
2、电催化氧化过程。
该过程主要考察了阳极材料、电压、pH值、氯离子浓度等几种因素。证明在钛涂二氧化钉电极作为阳极、电压为4V、pH为5、温度常温,NaCl含量为1.5g/L时,反应4.5h,对苯胺、硝基苯降解率分别达到99.7%、90.3%,且TOC随着苯胺、硝基苯的降解也不断减少,最终也达到91.8%。说明催化氧化过程能使苯胺、硝基苯大部分完全降解为CO2和H2O。
3、电催化还原-氧化组合实验研究。
根据电催化还原和电催化氧化过程的实验结果,可将苯胺、硝基苯废水经过催化还原过程后再继续氧化,可在较短的时间内实现苯胺、硝基苯和TOC的同时的几乎完全彻底地被降解。实验证明:在阴极材料为打孔不锈钢电极,阳极材料为钛涂二氧化钌电极,电压为4V,温度为40℃、pH为5,循环速度为30L/h,NaCl含量为1.5g/L的条件下,在电解槽的阴极室和阳极室分别置入苯胺、硝基苯废水,经过催化还原和催化氧化两个阶段,反应时间为1h,苯胺、硝基苯和TOC的降解率可达到:99.28%、99.26%和91.2%。连续运行该实验装置,实验结果稳定,离子交换膜和电极均无明显腐蚀和污染状况,且反应所需电耗仅需2.5kwh/m3。
4、结论。
离子膜辅助电催化还原—氧化技术处理低浓度苯胺、硝基苯废水工艺流程简单,设备成本低,不需要外投加药剂且电耗较低,运行稳定,易于工业化,具有显著的环境效益和社会效益。这对于其它难降解的有机毒物的处理提供了有益的参考。