(完整)电催化高级氧化废水处理.doc

课程论文课程名称：________水处理原理与技术________题目：电催化高级氧化法的基本原理及应用姓名：____________________指导教师：__摘要：本文主要简述电催化高级氧化处理废水基本原理并列举部分当前该技术应用领域，如造纸厂废水、电镀废水、有机废水等。关键词：电催化；高级氧化；废水处理一、引言随着废水处理技术的发展和完善，成分简单、生物降解性好的有机废水已能得到有效的控制，其中生物法是目前消除生活和工业废水中有机污染物最经济、最有效的方法[1]。然而多数工业废水用生物法很难有效去除，由于国家对污染物排放的限制标准越来越高，因此迫切需要研究废水处理新方法和新技术。二、电催化处理废水基本原理电催化氧化技术是AOP技术的一种,因其具有其他处理方法难以比拟的优越性近年来受到极大关注[2-5]。所谓电化学水处理技术就是利用外加电场作用,在特定的电化学反应器内,通过一系列设计的化学反应、电催化过程或物理过程,达到预期的去除废水中污染物或回收有用物质的目的[6]。电催化法处理废水应用起始于20世纪40年代[7]，但由于投资较大，电力缺乏，成本较高，因而发展缓慢。直到60年代，随着电力工业的发展，电化学法才被真正地用于废水处理过程。近年来，由于电化学方法在污水净化、垃圾渗滤液、制革废水、印染废水、石油和化工废水等领域的应用研究进展，引起人们对这一方法的广泛关注[8-11]。电催化方法被称为“环境友好”工艺，以其多种优势有着其它方法所不能比拟的特点：（1）在废水处理过程中，主要试剂是电子，不需要添加氧化剂，没有或很少产生二次污染，可给废水回用创造条件；（2）能量效率高，反应条件温和，一般在常温常压下即可进行；（3）兼具气浮、絮凝、杀菌作用，可以通过去除水中悬浮物和选用特殊电极来达到去除细菌的效果，可以使处理水的保存时间持久；（4）反应装置简单，工艺灵活，可控制性强，易于自动化，费用不高。电催化氧化的机理主要是自由基反应。在电催化条件下,反应体系中将产生多种强氧化性物质,其中·OH的产生量是最多的,而反应过程中产生的活性中间体H2O2则是形成自由基的重要引发剂。有机物(R)在·OH作用下,发生快速氧化反应及自由基链反应,从而达到去除的目的。但是若H2O2浓度过高时,过量的H2O2也会消耗·OH[12-13]。此外,溶液中过量的H2O2也会与·OH反应生成过氧化羟基自由基(·HO2),而·HO2的氧化性能相对于·OH较弱[14]。三、电催化处理废水应用现状3.1造纸工业废水处理利用单阳膜从造纸黑液中回收碱，回收1t碱电耗3000kW·h左右，当回收终点黑液pH值为9时，Na+回收率为50%，阳极液中含Na+5000～7000mg/L，可直接回用于生产。Davy等提出了电催化与传统碱回收系统相结合的生产流程，处理稀黑液得到碱和木质素。国家海洋局杭州水处理中心利用聚乙烯异相阳离子、阴离子膜处理造纸黑液，回收其中的烧碱，渗析室NaOH质量浓度为8.87g/L，碱回收率达95%[15]。3.2酸性废水处理上海光明电镀厂在金属表面加工处理过程中产生大量酸性废水，pH值为2～5，每天排放600m3左右。原来采用中和法处理后排放，但消耗大量碱，后改用电催化处理，可使水回收率达到90%以上，基本达到了循化使用，废水处理成本0.3kW·h/m3[16]。3.3电镀废水处理电镀废水中常含有锌、镉、镍、铜等重金属离子及氰化物等毒性较大的物质，既造成资源浪费又严重污染环境。通过电渗析-离子交换-电渗析组合工艺，既能实现资源的回收利用，又可以减少污染的排放。日本一家精炼钢厂的含硫酸镍的硫酸废液，利用日本旭化成公司生产的具有特殊性能的离子交换膜电渗析装置，实现了镀镍废水的闭路循环。徐传宁等[17]用电渗析技术处理含铬电镀废水，有效地净化了漂洗废水，使Cr6+离子得到回收，废水中的Cr6+离子浓度达到国家废水排放标准。3.4医药废水处理制药厂废水中含有大量的有机物及许多有价值的物质，氨基酸就是其中的一种。目前国内对这类废水的处理大部分都采用离子交换树脂来脱酸，这样树脂不可避免地要附上一部分氨基酸，树脂再生时这部分氨基酸就作为废液排放掉，造成资源的浪费。采用电渗析来处理制药厂酸性氨基酸废水，废水氨基酸和COD脱除率均可达80%，低浓浅色废水经一级处理即可达排放标准，浓缩水中氨基酸的浓度是淡水中的20倍，同时浓水中氨基酸浓度可接近其饱和浓度[18]。3.5硝基苯废水处理硝基苯类化合物是剧毒物质,是我国环境保护中优先控制的52种有害物质之一。具有致癌、致突变性或生殖毒性,且难生物降解,许多国家都将其列为优先控制的污染物。吴伟等[19]通过活性炭粒子填充电极间的电催化反应器对模拟硝基苯废水进行预处理,使生物难降解的硝基苯转化为易生物降解的苯胺,探索有效削减废水