電化學(xué)處理法是近年來(lái)污水治理研究的一個(gè)重要方向，其基本原理是使污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應(yīng)或間接電化學(xué)轉(zhuǎn)化，將之氧化分解或轉(zhuǎn)化成易于生物降解的有機(jī)化合物，從而實(shí)現(xiàn)有效去除污染物的過(guò)程。該方法具有無(wú)需添加氧化劑、絮凝劑等化學(xué)藥品，不會(huì)或很少產(chǎn)生二次污染，設(shè)備體積小，占地面積少，操作簡(jiǎn)便、靈活等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合于生物難降解的污水處理和水的深度處理。

富馬酸生產(chǎn)廢水具有低pH、高COD 的特點(diǎn)，且其中含具有生物毒性的催化劑，可生化性較差，是目前難處理的廢水之一。目前對(duì)于富馬酸廢水的處理方法主要有真空蒸發(fā)、吸附、離子交換、萃取、氧化消除、鐵炭微電解、生化處理等。這些方法不同程度地存在能耗高、成本高、處理效果差等缺點(diǎn)，在工業(yè)應(yīng)用中具有很大的局限性。

通過(guò)膜集成技術(shù)改進(jìn)富馬酸的生產(chǎn)過(guò)程，可以有效降低富馬酸廢水的污染物濃度，但仍存在深度處理困難等問(wèn)題。通過(guò)合理設(shè)計(jì)電極及電解裝置，可以有效增強(qiáng)電化學(xué)反應(yīng)的選擇性和電解效率。筆者采用高催化活性電極，圍繞富馬酸廢水的深度處理展開(kāi)了相關(guān)研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與裝置

實(shí)驗(yàn)用富馬酸廢水取自富馬酸中試生產(chǎn)線，經(jīng)膜法處理后其COD 為1 000~1 500 mg/L（為避免設(shè)備腐蝕，用NaOH 調(diào)pH 為8~9）。實(shí)驗(yàn)所用氯化鈉、硫酸鈉均為分析純?cè)噭��?/P>

實(shí)驗(yàn)儀器：5B-6（C）型三參數(shù)COD 測(cè)定儀，蘭州連華環(huán)�？萍加邢薰�司；UV-7504 型單光束紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海欣茂儀器有限公司。

實(shí)驗(yàn)裝置為實(shí)驗(yàn)室自制設(shè)備，如圖1 所示。陽(yáng)極為摻雜釕系DSA 電極，陰極為不銹鋼電極，隔膜為陽(yáng)離子膜，電解槽為錯(cuò)流式結(jié)構(gòu)。

圖1 電解裝置

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與檢測(cè)方法

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：裝配好電解實(shí)驗(yàn)裝置，倒入實(shí)驗(yàn)廢水；檢查管路設(shè)備無(wú)滲漏，開(kāi)泵，循環(huán)流量為100 L/h，操作溫度為室溫；開(kāi)直流電源加電，逐漸將電流增至設(shè)定值，記錄電解電壓、電流值；電解一定時(shí)間后分別取樣進(jìn)行分析測(cè)定。

廢水COD 的測(cè)定參照文獻(xiàn)〔10-11〕。其中即時(shí)COD 去除率η的計(jì)算公式為：

式中：CODt——t 時(shí)刻廢水的COD，mg/L；

COD（t+Δt）——t+△t 時(shí)刻廢水的COD，mg/L。

過(guò)程電壓、電流值由設(shè)備儀表直接讀出。過(guò)程的即時(shí)電流效率ICE 的計(jì)算公式為：

式中：Δt——反應(yīng)時(shí)間，s；

I——電流，A；

V——電解液體積，L；

F——法拉第常數(shù)，9 6485 mol-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 有隔膜電解和無(wú)隔膜電解的比較

在電解槽內(nèi)的兩極間設(shè)置離子交換膜，可以防止陰、陽(yáng)兩極產(chǎn)物混合，避免可能發(fā)生的反應(yīng)，但同時(shí)也增大了電解阻力。用NaOH 調(diào)節(jié)富馬酸廢水的pH 為8~9，在此實(shí)驗(yàn)條件下比較了有隔膜的獨(dú)立電極電解和無(wú)隔膜混合電解對(duì)富馬酸廢水的處理效果，結(jié)果如圖2、圖3 所示。

圖2 電解隔膜對(duì)電流的影響（電壓為5.0 V）

由圖2可知，在相同的操作條件下，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，無(wú)隔膜電解處理器的電流穩(wěn)定在6 A附近，而有隔膜電解處理器的電流則迅速衰減至1 A以下。這一現(xiàn)象表明，在富馬酸廢水電解處理過(guò)程中，作為第二類導(dǎo)體的離子膜隔膜不僅增大了電阻，還限制了電解過(guò)程的進(jìn)行。

圖3 電解隔膜對(duì)COD 去除率的影響（電壓為5.0 V）

由圖3 可知，在相同的操作條件下，有隔膜的陽(yáng)極側(cè)與陰極側(cè)廢水均具有一定的COD 去除率，但與無(wú)隔膜的混合電解相比，在電解20 min 時(shí)COD 去除率分別降低了35%和50%。這表明，混合電解更有利于污染物的降解。此后實(shí)驗(yàn)在無(wú)特別說(shuō)明時(shí)，均為無(wú)隔膜的混合電解過(guò)程。

2.2 添加助劑對(duì)電解效果的影響

加入電解質(zhì)有助于提高廢水的導(dǎo)電性，增大電解電流，同時(shí)可能有利于COD 物質(zhì)發(fā)生間接降解。為此，保持富馬酸廢水的pH 為8~9，在其中分別加入NaCl 和Na2SO4（其質(zhì)量濃度均為10 g/L），在相同條件下與未添加助劑的富馬酸廢水進(jìn)行對(duì)比電解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 電解質(zhì)種類對(duì)COD 去除率的影響（電壓為5.0 V）

活性氯與水中的有機(jī)物可發(fā)生間接氧化作用使之降解，而氯離子在陽(yáng)極可生成具有強(qiáng)氧化性的活性氯，因此，在富馬酸廢水中加入氯化鈉可以達(dá)到更好的電解效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明了這一點(diǎn)。由圖4 可以看出，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，加入NaCl 電解效果較好，COD 去除率可達(dá)94.65%，而加入Na2SO4的COD 去除率則<80%。

2.3 NaCl 濃度與COD 去除率關(guān)系

為考察NaCl 濃度對(duì)COD 去除率的影響，分別對(duì)加入0、10、15、20 g/L NaCl 的富馬酸廢水（pH 為8~9）進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 NaCl 濃度對(duì)COD 去除率的影響（電壓為5.0 V）

由圖5 可知，在電解過(guò)程前期，隨NaCl 投加量的增加，廢水的COD 去除率逐漸提高。但隨著電解過(guò)程的進(jìn)行，其COD 去除率逐漸趨于穩(wěn)定。在相同的COD 去除率下，增加NaCl 濃度，有利于縮短電解趨近穩(wěn)定的時(shí)間，加快了電解去除COD 物質(zhì)的速率。

2.4 ICE 與COD 殘留率關(guān)系

電流效率ICE 是表征電降解COD 的反應(yīng)與副反應(yīng)發(fā)生情況的一個(gè)重要指標(biāo)，影響電解過(guò)程ICE的因素包括物系組成、電解電壓等。隨著電解過(guò)程的進(jìn)行，物系組成和各組成物質(zhì)的濃度均在發(fā)生變化。在廢水初始COD 為1 100 mg/L、pH 為8~9 的情況下， ICE 與COD 殘留率間的關(guān)系如圖6 所示。

圖6 污染物濃度對(duì)電流效率的影響（電壓為5.0 V）

由圖6 可知，污染物殘留率越低，電流效率越低。但由于富馬酸廢水中污染物組成及降解反應(yīng)的復(fù)雜性，二者不呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。圖6 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)條件下廢水中的COD 殘留率<3%，COD 物質(zhì)基本能夠被完全降解，當(dāng)COD 去除率>90%后，對(duì)應(yīng)的ICE<10%。此時(shí)雖然ICE 較低，但由于COD 的絕對(duì)質(zhì)量濃度不高（<150 mg/L），因此處理過(guò)程仍然具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論

（1）在等電壓條件下，與有隔膜電解過(guò)程相比，無(wú)隔膜的混合電解過(guò)程更有利于富馬酸廢水中COD 物質(zhì)的降解。

（2）與添加電解質(zhì)Na2SO4相比，添加可產(chǎn)生活性氯的NaCl 有利于提高COD 的去除率，且NaCl 濃度越高，越有利于縮短電解趨近穩(wěn)定的時(shí)間。

（3）電流效率ICE 隨富馬酸廢水中COD 殘留率的降低而降低，二者存在非線性關(guān)系，其中COD 去除率>90%后，對(duì)應(yīng)ICE<10%。