光電協(xié)同降解蘭炭廢水研究

1、光電協(xié)同降解蘭炭廢水研究光電協(xié)同降解蘭炭廢水研究侯治威1，周軍123，吳雷1，張秋利123，宋永輝123，田宇紅12(1.西安建筑科技大學冶金工程學院，西安710055；2.陜西省黃金與資源重點實驗室，西安710055；3.陜西省冶金工程技術研究中心，西安710055)摘要：摘要：采用光催化與電化學氧化相結(jié)合技術對蘭炭廢水進行降解試驗。用石墨片和活性炭顆粒為三維電極材料，外加紫外光燈條件下分別考察外加電壓、活性炭顆粒投加量、電解質(zhì)濃度和

2、二氧化鈦光催化劑（P25）投加量等對純苯酚溶液中苯酚和COD去除率的影響。結(jié)果表明，當外加電壓10V、活性炭顆粒投加量8g、電解質(zhì)濃度0.15molL、P25投加量0.6g時，1000mgL的苯酚溶液中3h時苯酚和COD的去除率分別達到81.11%和73.64%；以此工藝條件，對某蘭炭企業(yè)產(chǎn)生的蘭炭廢水（COD32700mgL）進行降解試驗，COD去除率為60.63%。關鍵詞：關鍵詞：光電協(xié)同；降解；苯酚；蘭炭廢水中圖分類號：中圖分類號

3、：X703文獻標志碼：文獻標志碼：A文章編號：文章編號：10077545（2018）12000000StudyonSynergeticPhotoelectrocatalyticDegradationofSemicokingWastewaterHOUZhiwei1ZHOUJun123WULei1ZHANGQiuli123SONGYonghui12TIANYuhong123（1.SchoolofMetallurgicalEngineerin

4、gXi’anUniversityofArchitectureTechnologyXi’an710055China2.KeyLabatyofGoldResourcesofShaanxiProvinceXi’an710055China3.ResearchCentreofMetallurgicalEngineeringdegradationphenolsemicokingwastewater金屬鎂由于其獨特的物理化學性能，正在成為繼鋼鐵、鋁及

5、其鋁合金之后的第三大金屬工程材料，據(jù)預測，2020年、2025年和2030年，全球原鎂需求量將分別達到150.4萬t、233.8萬t和303.0萬t[1]。作為全球原鎂供應第一大國，中國原鎂主產(chǎn)區(qū)在陜北地區(qū)，冶煉金屬鎂主要采用皮江法[2]，依托當?shù)刎S富的煤資源，將蘭炭生產(chǎn)與金屬鎂生產(chǎn)規(guī)?；?lián)產(chǎn)（即蘭炭做還原劑生產(chǎn)硅鐵，蘭炭爐尾氣鍛燒白云石，產(chǎn)物與硅鐵粉和輔料按一定比例混合、制球，送入還原爐，再用蘭炭爐尾氣加熱真空還原金屬鎂，經(jīng)精煉、鑄錠

6、等工序制得金屬鎂錠），降低生產(chǎn)成本。蘭炭生產(chǎn)過程中不可避免地產(chǎn)生大量蘭炭廢水，其具有成分復雜、污染濃度高、色度高、毒性大、可生化能力差等特點，直接排放會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重影響[34]。傳統(tǒng)的生物處理法對該廢水處理起來較為困難[5]，電化學氧化技術[6]對難降解污染物有較好的處理效果，在水處理中得到廣泛的應用[78]。三維電極處理技術作為電化學氧化技術的一種，具有傳質(zhì)效率高、比表面積大、導電性能好、環(huán)境污染小等特點，受到了廣泛的關注[91

7、0]。TiO2作為光催化材料，具有化學穩(wěn)定性、耐光腐蝕性和無毒性等特點，被廣泛應用到各種光催化降解中[1112]?；谔m炭廢水成分特點，本文結(jié)合光催化和電化學技術優(yōu)點，以紫外光燈為光源，組成光電協(xié)同處理體系進行蘭炭廢水降解試驗研究。1試驗方法試驗方法1.1儀器與試劑儀器與試劑收稿日期收稿日期：20180813基金名稱基金名稱：國家自然科學基金面上項目資助（51774227）；國家自然科學基金青年基金資助項目（51504180）；陜西省自

8、然科學基礎研究計劃重大基礎研究項目（2017ZDJC33）；陜西省教育廳重點科研計劃項目（16JS052）doi：10.3969j.issn.10077545.2018.12.012由試驗結(jié)果分析較優(yōu)降解電壓為10V。46810121430405060708090去除率%外加電壓V苯酚COD圖2外加電壓對去除率的影響外加電壓對去除率的影響Fig.2Effectofimpressedvoltageonremovalrates2.1.2活性

9、炭投加量的影響活性炭投加量的影響試驗條件：苯酚模擬溶液150mL、外加電壓10V、電解質(zhì)Na2SO4濃度0.15molL、P25添加量0.6g，改變活性炭投加量分別進行降解試驗，結(jié)果見圖3。從圖3可看出，光電協(xié)同處理過程中活性炭顆粒投加量對苯酚和COD的去除率有較大的影響。當投加量為8g時，溶液中苯酚和COD的去除率達到最高，分別為81.11%、73.64%。當活性炭投加量不足8g時，溶液中苯酚和COD的去除率隨著活性炭投加量的增加而增

10、大；當活性炭投加量為10g時，觀察到反應器中活性炭有堆積現(xiàn)象，相比較投加量為8g時，苯酚和COD的去除率有所減小。這主要是因為，投加的活性炭作為顆粒電極參與電催化反應，當活性炭投加量不足8g時，活性炭投加量的增加，意味著顆粒電極個數(shù)增加，在反應過程中能降解更多的有機污染物。當活性炭投加量為10g時，活性炭顆粒在主電極間相互接觸、堆積，導致短路電流的產(chǎn)生，反而降低了污染物的去除率。因此，活性炭顆粒投加量選8g。24681012405060

11、708090去除率%活性炭投加量g苯酚COD圖3活性炭投加量對去除率的影響活性炭投加量對去除率的影響Fig.3Effectofdosageofactivatedcarbononremovalrates2.1.3電解質(zhì)濃度的影響電解質(zhì)濃度的影響試驗條件：苯酚模擬溶液150mL、外加電壓10V、活性炭顆粒投加量8g、P25添加量0.6g，不同初始電解質(zhì)濃度時的降解試驗結(jié)果見圖4。隨著初始電解質(zhì)濃度增加，模擬苯酚溶液中苯酚和COD的去除率呈先

12、增大后減小趨勢。當電解質(zhì)濃度增大到0.15molL后，繼續(xù)增加電解質(zhì)濃度，溶液中苯酚和COD的去除率反而開始減小，這是因為，強電解質(zhì)Na2SO4在溶液中電離產(chǎn)生的導電離子增強了溶液的導電性，溶液的導電性越強越有利于溶液中OH等氧化物質(zhì)遷移，污染物去除率越高。由于活性炭無選擇吸附性的特點，活性炭會同時吸附Na2SO4和污染物，而電解質(zhì)濃度過大，吸附競爭機制增強，污染物會較少地吸附在活性炭表面，降低了去除率。同時，活性炭與TiO2顆粒之間產(chǎn)