CN1792842A - 一种含2－氯酚废水的声电联合氧化处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含2－氯酚废水的声电联合氧化处理方法，所述的方法是以Ti基PbO2电极为阳极、不锈钢为阴极，以含2－氯酚废水为电解液，采用直流稳流电源，在声频率20～80kHz、声强20～30W/cm2的超声波条件下进行电解，以除去废水中的2－氯酚。本发明所述的含2－氯酚废水的声电联合氧化处理方法基本无需添加化学药品，无搅拌系统，具有设备体积小、易操作及后处理简单等优点，具有十分重大的市场开发前景。

Description

一种含2-氯酚废水的声电联合氧化处理方法
(一)技术领域
本发明涉及一种含2-氯酚废水的声电联合氧化处理方法。
(二)背景技术
氯酚、氯苯、氯烷烃、氯烯烃等含氯有机物在化工、石化、农药等生产中广泛使用，并以气态、液态等形式排放至环境，产生“三致效应”。电、光、声、磁等高级氧化技术因具有良好的环境兼容性，被称为是一类“环境友好”技术(Environmental friendly technology)，为含氯有机物的污染控制提供了广阔的前景，相关的研究和应用已引起国内外同行的广泛关注，特别是联用氧化技术可以形成协同效应，代表了高级氧化技术在此领域的一个发展趋势。
2-氯酚是一类对人体有毒害作用的污染物，广泛存在于多种工业废水之中，被列为重点控制污染物类。由于其本身苯环结构和氯代原子的存在而具有很强的毒性和抗降解能力，2-氯酚在天然界不易被氧化和水解，相反，易通过食物链在动植物体内富积，对人体及动物产生致癌、致突变和致畸效应。
目前应用于含2-氯酚废水的处理主要有物理法、化学氧化法以及生物氧化法。其中物理法只适用于高浓度2-氯酚的回收；化学氧化法要在添加氧化剂和催化剂的作用下进行，如湿式氧化、光催化氧化、臭氧氧化、Fenton氧化等，将2-氯酚氧化为2-氯-对苯二酚、2-氯-1，4-对苯醌、马来酸、CO2等物质；生物氧化法降解2-氯酚只适用于低浓度，且用普通活性污泥法不能获得满意的处理效果，必须使用高效生物反应器。综合上述分析，这些方法的主要缺点是需添加化学药品，设备体积大、操作烦琐及后处理复杂等。
同类技术如单独采用电催化氧化处理2-氯酚废水，60min后去除率约40％；单独采用超声波氧化处理2-氯酚废水，60min后去除率约20％；光电联合氧化处理2-氯酚废水，60min后去除率能达70％以上；声光联合氧化处理2-氯酚废水，60min后去除率能达80％以上。电催化氧化和超声波氧化单独处理2-氯酚废水，效果均不佳，但两者与光催化氧化联合作用，均能提高2-氯酚的降解率，并产生协同作用。
(三)发明内容
本发明则是为了提供一种基本无需添加化学药品、操作简单、能有效去除废水中2-氯酚的声电联合氧化处理方法。
为达到发明目的本发明采用的技术方案是：
一种含2-氯酚废水的声电联合氧化处理方法，所述的方法是以Ti基PbO2电极为阳极、不锈钢为阴极，以含2-氯酚废水为电解液，采用直流稳流电源，在声频率20～80kHz、声强20～30W/cm2的超声波条件下进行电解，以除去废水中的2-氯酚。
本处理工艺的原理为：电解和超声过程中均形成的·OH基团和H2O2均具有强氧化性，尤其是·OH基团氧化电极电位高达2.80V，比O3(2.07V)高35％，氧化能力仅次于氟；另外，该基团具有高电负性(亲电性)，其电子亲和能为569.3kJ，容易进攻高电子云密度点。H2O2氧化电极电位1.76V。因此，·OH基团和H2O2可以起到双协同作用，实现对污染物的深度氧化分解，进而达到处理目的。
电解反应为：
阳极表面，
阴极表面，
溶液中，
2-氯酚彻底氧化分解反应为：
。
本发明提供的带活性层的Ti基PbO2催化电极。该电极可以在高电流密度下工作，电流密度可达30～50mA/cm2，即使在200mA/cm2电流密度下工作，镀层损耗才略有增加。电极在60℃1mol/LH2SO4溶液中，阳极放氧寿命可达45h。
超声波作用在电极表面，能够断开大分子链接，防止电极中毒，促进阳极直接氧化水分子、氢氧根离子以及有机物分子，从而提高电流效率；同时，由于受定向电场力的作用，带电荷有机物解离反应的复合以及超声波分解的逆反应能得到抑制，表现为声电联合协同作用。
所述电极也可为多块为阳极板与阴极板交替排列，两端为阴极板，即阴极板比阳极板多1块。
优选的，所述的电解反应于板框式聚丙烯电解槽内进行。所述的电源的电流密度为20mA/cm2、槽电压8V。
具体的，所述的方法如下：采用板框式聚丙烯电解槽，以Ti基PbO2电极为阳极、不锈钢为阴极，阳极板与阴极板交替排列，阳极板1块，阴极板2块，采用直流稳流电源，电流密度为20mA/cm2、槽电压8V，超声波置于电解槽底部，在声频率20～80kHz、声强20～30W/cm2的超声波条件下，以含2-氯酚废水为电解液进行电解，以除去废水中的2-氯酚。
本发明所述的含2-氯酚废水的声电联合氧化处理方法的有益效果主要体现在：基本无需添加化学药品，无搅拌系统，具有设备体积小、易操作及后处理简单等优点，具有十分重大的市场开发前景。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：
实施方案和工作原理：含2-氯酚200mg/L废水的无搅拌、声电联合氧化处理工艺，采用聚丙烯板框式电解槽，以Ti基PbO2催化电极为阳极，不锈钢为阴极，声氧化采用频率20kHz的超声波探头，含2-氯酚的废水为电解液，通过电解其中的水，在阳极放电产生强氧化基团——羟基自由基·OH、阴极得到电子产生H2O2，以及超声波的空化作用下H2O2形成·OH，声电协同作用，实现对2-氯酚污染物的深度氧化分解，从而达到对含2-氯酚废水声电联合氧化处理的目的；其中，阳极板数1块，阴极板数2块，阳极和阴极交替排列，电催化的电源采用直流稳流电源，电流密度为20mA/cm2、槽电压8V，超声波置于电解槽底部，声频率20kHz，声强20W/cm2，槽内水力停留时间60min，废水处理结果见表1，
电解反应为：
阳极表面，
阴极表面，
溶液中，
2-氯酚彻底氧化分解反应为：
。
                      表1废水处理结果
监测方法：2-氯酚采用国家环保总局编著的《水和废水监测分析方法》中规定的液相色谱分析检测方法。
表1结果表明，本发明声电联合氧化废水处理工艺能有效处理含2-氯酚废水，对2-氯酚的去除率为83.2％。
实施例2：
其它条件同上，声频率为80kHz，处理结果见表2，
电解反应为：
阳极表面，
阴极表面，
溶液中，
2-氯酚彻底氧化分解反应为：
。
                表2废水处理结果
监测方法：同实施例1。
表2结果表明，超声频率增加有助于2-氯酚的去除，在80kHz条件下，本发明声电联合氧化废水处理工艺对2-氯酚的去除率为96.0％。
实施例3：
实施方案和工作原理：含2-氯酚99.4mg/L废水，电流密度为20mA/cm2、槽电压8V，超声波置于电解槽底部，声频率40kHz，声强20W/cm2，槽内水力停留时间60min，废水处理结果见表3，
电解反应为：
阳极表面，
阴极表面，
溶液中，
2-氯酚彻底氧化分解反应为：
。
                     表3废水处理结果
Figure A20051006175500082
监测方法：同实施例1。
表3结果表明，在40kHz条件下，降低废水2-氯酚初始浓度(99.4mg/L)，本发明声电联合氧化废水处理工艺对2-氯酚的去除率为89.0％。
实施例4：
实施方案和工作原理：含2-氯酚200mg/L废水，电流密度为20mA/cm2、槽电压8V，超声波置于电解槽底部，声频率40kHz，声强30W/cm2，槽内水力停留时间60min，废水处理结果见表4，
电解反应为：
阳极表面，
阴极表面，
溶液中，
2-氯酚彻底氧化分解反应为：
。
                      表4废水处理结果
  2-氯酚(mg/L)   205.1   195.9   200.0   17.7   16.4   17.0   91.5％
监测方法：同实施例1。
表4结果表明，在40kHz条件下，提高声强(30W/cm2)有助于2-氯酚的去除，本发明声电联合氧化废水处理工艺对2-氯酚的去除率为91.5％。
实施例5：
实施方案和工作原理：含2-氯酚99.4mg/L废水，电流密度为20mA/cm2，超声波置于电解槽底部，声频率40kHz，声强30W/cm2，槽内水力停留时间60min，废水处理结果见表5，
电解反应为：
阳极表面，
阴极表面，
溶液中，
2-氯酚彻底氧化分解反应为：
。
                      表5废水处理结果
监测方法：同实施例1。
表5结果表明，在40kHz条件下，降低2-氯酚初始浓度(99.4mg/L)，本发明声电联合氧化废水处理工艺对2-氯酚的去除率为94.3％。
综上所述，本发明声电联合氧化废水处理工艺能有效处理含2-氯酚废水。在板框式聚丙烯电解槽内，以Ti基PbO2电极为阳极、不锈钢为阴极，阳极和阴极交错排列，两端为阴极板，采用直流稳流电源，电流密度为20mA/cm2、槽电压8V，超声波置于电解槽底部，声频率20～80kHz，声强20～30W/cm2，水力停留时间60min条件下，本发明含2-氯酚废水(浓度小于200mg/L)的声电联合氧化处理方法对2-氯酚去除率达到83.2～96.0％。
与现有技术相比，本发明所述的含2-氯酚废水的声电联合氧化处理工艺基本无需添加化学药品，无搅拌系统，具有设备体积小、易操作及后处理简单等优点，具有十分重大的市场开发前景。

Claims (5)

1.一种含2-氯酚废水的声电联合氧化处理方法，其特征在于所述的方法是以Ti基PbO2电极为阳极、不锈钢为阴极，以含2-氯酚废水为电解液，采用直流稳流电源，在声频率20～80kHz、声强20～30W/cm2的超声波条件下进行电解，以除去废水中的2-氯酚。
2.如权利要求1所述的含2-氯酚废水的声电联合氧化处理方法，其特征在于所述电极为阳极板与阴极板交替排列，两端为阴极板。
3.如权利要求1或2所述的含2-氯酚废水的声电联合氧化处理方法，其特征在于所述的电解反应于板框式聚丙烯电解槽内进行。
4.如权利要求1或2所述的含2-氯酚废水的声电联合氧化处理方法，其特征在于所述的极板的电流密度为20mA/cm2、槽电压8V。
5.如权利要求1所述的含2-氯酚废水的声电联合氧化处理方法，其特征在于所述的方法如下：采用板框式聚丙烯电解槽，以Ti基PbO2电极为阳极、不锈钢为阴极，阳极板与阴极板交替排列，阳极板1块，阴极板2块，采用直流稳流电源，电流密度为20mA/cm2、槽电压8V；超声波置于电解槽底部，在声频率20～80kHz、声强20～30W/cm2的超声波条件下，以含2-氯酚废水为电解液进行电解，以除去废水中的2-氯酚。
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