新型節(jié)能活性炭固定床電解槽，即在電解槽內(nèi)裝填導(dǎo)電性能良好的活性炭作陽(yáng)極。因其比表面積巨大而具有很強(qiáng)的吸附能力，大量污染物聚集在活性炭?jī)?nèi)表面而被陽(yáng)極氧化性產(chǎn)物氧化為無(wú)害物質(zhì)，且強(qiáng)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(yàn)

1.1 設(shè)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(kāi)。
　　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(lái)水配制。
　　萬(wàn)用電表為MF30型。
　　電流表為C46-A型。
　　流量計(jì)為LZB15型轉(zhuǎn)子流量計(jì)。
1.2　試驗(yàn)流程

試驗(yàn)流程如圖2所示。蓄水箱中的溶液被泵提升后經(jīng)流量計(jì)、熱交換器進(jìn)入電解槽進(jìn)行電解，電解后的溶液再流回蓄水槽進(jìn)行循環(huán)連續(xù)電解。

1.3         試驗(yàn)條件

①     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(duì)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(yàn)將廢水中苯酚濃度定為500mg/L(溴化滴定法測(cè)定)。

②     溫度：試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果的可比性，須控制pH=7.8。每次試驗(yàn)配制電解液10L，流量Q保持50L/h。
1.4 　確定工作點(diǎn)
　　在苯酚初始濃度C0=500mg/L、電解時(shí)間t=18min、槽電壓V=10V、[NaCl]=20g/L的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，得到圖3所示的苯酚去除率E與電解槽運(yùn)行周期數(shù)N的關(guān)系。



圖3表明在運(yùn)行周期數(shù)較小時(shí)苯酚去除率較高，隨著運(yùn)行周期數(shù)的增加去除率逐漸降低，最終穩(wěn)定。這是因?yàn)樵谶\(yùn)行初始除電解氧化外還有活性炭吸附作用，隨著運(yùn)行周期數(shù)的 增加，活性炭逐漸達(dá)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(diǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl投加量對(duì)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(shí)間為18min條件下的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

根據(jù)圖4求得dE/d[NaCl]與[NaCl]的關(guān)系表明：[NaCl]＜6g/L時(shí)dE/d[NaCl ]很小，NaCl投加量對(duì)酚去除無(wú)明顯作用；[NaCl]為6～9g/L時(shí)，隨[NaCl]的增加dE/d[NaCl]迅速增大，表明NaCl濃度變化對(duì)酚去除的影響逐漸增強(qiáng)；[NaCl]為9～20g/ L時(shí)dE/d[NaCl]達(dá)到最大值，表明此時(shí)對(duì)酚去除的影響最大；[NaCl]＞20g/L時(shí)，隨[NaCl]的增加dE/d[NaCl]迅速減小，表明對(duì)酚去除的影響越來(lái)越��；[NaCl]＞30g/L時(shí)，dE/d[NaCl]已經(jīng)降到很小，NaCl投加量的變化對(duì)酚去除不再產(chǎn)生影響。NaCl濃度對(duì)酚去除的影響可以解釋為：[NaCl]＜6g/L時(shí)，投加NaCl的作用主要為提高溶液的電導(dǎo)率、減小電解槽內(nèi)阻，而Cl-的放電產(chǎn)物Cl₂對(duì)酚的氧化作用很微��；[NaCl]為6～9g/L時(shí)，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(qiáng)、Cl₂的生成速度加快，則對(duì)酚的氧化作用逐漸增強(qiáng)；[NaCl]為9～20g/L時(shí)對(duì)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(shí)，隨著NaCl濃度的升高Cl-活度系數(shù)減少，[NaCl]的變化對(duì)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(duì)酚氧化速率的影響逐漸減弱；[NaCl]＞30g/L時(shí)，Cl₂活度系數(shù)的減少和逸出兩種作用均很強(qiáng)，致使NaCl投加量變化幾乎不影響酚的去除。

試驗(yàn)結(jié)果還表明，NaCl投加量在20g/L左右是經(jīng)濟(jì)有效的。
2.2　 槽電壓V對(duì)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(shí)間為18min的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，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(yàn)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(yīng)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(yīng)提高。
2.3　 電解時(shí)間對(duì)酚去除的影響

對(duì)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(jìn)行電解時(shí)間t對(duì)酚去除的影響試驗(yàn)，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(dá)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(shí)間呈負(fù)指數(shù)關(guān)系，隨電解時(shí)間增加而逐漸降低；酚降解速率與酚濃度呈一級(jí)反應(yīng)關(guān)系，即隨電解時(shí)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(yàn)得到苯酚去除率與槽電壓關(guān)系、平均電流與槽電壓關(guān)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(guān)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(guān)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(yàn)條件下達(dá)到同樣的酚去除率時(shí)，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

① NaCl投加量在9～20g/L之間對(duì)酚的去除影響最大，最佳投加量20g/L左右。

② 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(shí)間呈負(fù)指數(shù)關(guān)系，隨電解時(shí)間延長(zhǎng)而降低，酚降解速率與酚濃度呈一級(jí)反應(yīng)關(guān)系。

④ 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%。

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