二氧化铅电极电催化氧化降解煤焦油废水的研究

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本研究是以处理煤焦油废水为目的,以二氧化铅电极为阳极,先选用煤焦油废水中一种代表物—4-甲氧基-1-萘酚作为模拟污染物,考察电催化氧化处理4-甲氧基-1-萘酚的可行性和有效性,然后利用电催化氧化法降解煤焦油废水,为煤焦油废水的处理探索出新的可行的处理方法,主要研究内容如下:在电催化降解4-甲氧基-1-萘酚模拟废水的过程中,探究了电解质浓度、电流密度、4-甲氧基-1-萘酚初始浓度和溶液pH等操作参数对4-甲氧基-1-萘酚及COD去除率的影响,并获得了降解含4-甲氧基-1-萘酚废水的最佳运行条件。在Na2SO4浓度为0.2 mol L-1、电流密度为20 m A cm-2、4-甲氧基-1-萘酚的初始浓度25 mg L-1、pH为4.0时的最佳条件下,降解105 min,4-甲氧基-1-萘酚的去除率和COD去除率分别达到99.9%和87.7%,降解过程中遵循一级反应动力学模型。通过使用UV-Vis分光光度法扫描4-甲氧基-1-萘酚的光谱图与HPLC法扫描4-甲氧基-1-萘酚的色谱图可以发现,在电催化降解的途中,4-甲氧基-1-萘酚的去除率接近100%,但在降解途中生成了大量的中间产物,最终这些中间体也都被逐步降解。最后,所有结果表明,以PbO2电极为阳极的电化学氧化法在降解4-甲氧基-1-萘酚废水中,能够达到很好降解有机物的目的。通过电化学氧化技术处理煤焦油废水的研究中,研究了施加电流密度、电极间距和初始pH值等操作参数对COD去除率的影响。结果表明,在电流密度为3 A dm-2,电极距离为1.0 cm的条件下降解3.5 h后,COD去除率达到90.5%。相应的COD从5 125 mg L-1降至487 mg L-1,符合中国工业废水三级间接排放标准,单位能耗(SECCOD)为35.3 k Wh kg-1COD。当电催化降解2 h后,虽然COD的去除率只有77.1%,但煤焦油废水的BOD5/COD比达到0.44,可以进行生化处理,SECCOD降低了34.3%。此外,通过GC-MS分析了原始和电解2 h后煤焦油废水的主要成分,电解后溶液中大分子(如萘的衍生物,喹啉衍生物,蒽,芘等)的消失和小分子(如乙酸、1,3-丙二醇等)的产生可以提高废水的生物降解性。考虑处理成本,与单级电催化处理煤焦油废水相比,电催化氧化2 h联合生物处理是更有前景的方法。
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