电触媒系统降解印染反渗透浓水的研究

雷斌，俞海桥，黄德昌，王俊川、

（1.厦门市威士邦科技有限公司，福建 厦门 361101；2.厦门绿邦膜技术有限公司，福建 厦门 361101）

电触媒系统降解印染反渗透浓水的研究

雷斌1，俞海桥1，黄德昌2，王俊川1、2

（1.厦门市威士邦科技有限公司，福建 厦门 361101；2.厦门绿邦膜技术有限公司，福建 厦门 361101）

研究一种基于电触媒系统处理印染反渗透（RO）浓水的新方法。结果表明：采用负载型金属氧化物作为催化剂，通过提高次氯酸盐的氧化能力，可有效降解印染RO浓水，COD去除率受电极材料、催化剂、电解反应时间、初始pH值和NaCl含量等影响较大。在次氯酸盐与催化剂的协同作用下，印染RO浓水的色度和COD值明显降低。在以石墨板为两极，初始pH为8～10、NaCl含量为2g/L的条件下，电解60min，1L印染RO浓水的COD值可降到100mg/L以下。

电触媒;反渗透（RO）;浓水;降解

反渗透（RO）浓缩液是水处理中的一个难题，其具有成分复杂、浓度高等特点[1]，不能直接排放，也不适合进行循环处理。国内用于RO浓水处理的方式主要有回流法、回用作生产用水、资源化利用和蒸馏浓缩等[2]。

电催化氧化法是有效处理污水中有机污染物的方法之一，该法利用具有催化活性的阳极氧化去除水中污染物[3]，具有易操作、适用性广、可控性强等优点，在难生物降解的有机废水治理领域得到了广泛的关注[4-8]。目前关于采用电催化氧化法处理印染RO浓水的报道尚少[9]。

本文主要采用电极结合自制的负载型金属催化剂组成电触媒系统，用其对印染RO浓水进行脱色降解处理，实验了电极材料、催化剂类型、电解反应时间、初始pH值和氯化钠质量对COD去除率的影响。

1 实验部分

1.1 实验仪器

仪器：磁力搅拌器，稳压直流电源，不锈钢板电极，石墨板电极，水浴锅，电炉。

材料与试剂：阴阳极采用不锈钢板或石墨板，所用催化剂为自制负载型金属催化剂，所有化学药剂均为分析纯级。

1.2 实验废水

实验选取泉州某印染企业RO浓水作为研究对象，在实验过程中通过滴加NaOH溶液或H2SO4溶液来调节印染RO浓水的pH值；通过加入NaCl调节印染RO浓水的氯离子浓度和电导率，研究印染RO浓水在不同条件下的电化学反应进程。在实验中溶液的配制均采用去离子水。

1.3 实验装置

实验所用的电极反应装置为简易电解槽，包括阳极、阴极电极板、直流电源、搅拌器等。

1.4 测定分析方法

采用《水和废水监测分析方法》（第四版）中的重铬酸钾法对水样进行分析。

2 结果与讨论

2.1 电极材料的影响

电极电催化法去除水中有机物的必要条件是电极，电解时采用的电极材料直接影响电极反应的速率和COD去除的效率。实验条件：外加电压为5V，电解的印染RO浓水的体积为1000mL，初始COD为373～442mg/L，NaCl投加量为5g/L，pH为7.8，采用不锈钢板或石墨板作为电极材料，进行对比实验，结果如图1所示。

图1 电极材料对COD去除率的影响

从图1中可以看出，电极材料对电解印染RO浓水具有很大的影响，用石墨板作为为阳极时，COD去除率明显要高；而且，当用不锈钢板作为阳极或阴极时，在电解过程中，溶液逐渐变为棕黄色，影响溶液色度的去除，这是因为不锈钢板中的铁在电解过程中不断地析出。因此，在电催化处理印染RO浓水时要选择石墨板作为电极材料。

2.2 催化剂类型的影响

对印染RO浓水进行电解，初始COD为276～335mg/L，电解时间为120min，其他反应条件保持不变，加入不同类型的负载型金属催化剂进行对比，实验结果如图2所示。

从图2中可以看出，相比于单纯用石墨板进行电解，绝大多数负载型金属催化剂均有利于印染RO浓水COD的去除，其中以Fe-Mn、Fe-Co和Mn-Co-Ni这三种负载型金属催化剂效果最佳，经降解，印染RO浓水的COD值均可达到100mg/L以下，COD去除率都可达到70%；考虑到催化剂制备工艺的问题，在电催化处理印染RO浓水时选用Fe-Mn和Fe-Co这两种负载型金属催化剂。

图2 催化剂类型的影响

2.3 电解反应时间的影响

取两份1L泉州印染RO浓水，初始COD为196.7mg/L，分别加入1gFe-Mn和Fe-Co负载型金属催化剂，其他反应条件保持不变，考察在电催化反应过程中，电解时间对COD去除率的影响，结果如图3所示。

图3 电解时间的影响

从图3中可以看出，随着电解时间的延长，COD去除率呈上升趋势。因为在电触媒系统中处理的时间越长，电极表面反应的物质就越多，同时系统中产生的氧化性物质NaClO和·OH自由基的量随电解时间的增长而增多，从而使被氧化分解的有机物的量逐渐增加，进而降低了RO浓水中的COD浓度。从图3中还可以看出，电触媒系统对RO浓水的电解作用主要发生在前60min，COD去除率随时间的延长而迅速增加，60min以后变化逐渐趋于平缓。推测原因是，随着电解反应的进行，部分有机污染物转化的一些中间体捕获了大部分·OH自由基，使得·OH自由基的有效氧化效率难以提高，所以有机污染物的去除率趋于稳定，因此最佳的电解反应时间为60min。

2.4 初始pH值的影响

配制不同初始pH值的印染RO浓水，初始COD为204mg/L，电解反应60min，其他反应条件保持不变，考察pH值对COD去除率的影响，结果如图4所示。

图4 初始pH值的影响

从图4中可以看出，pH值对电触媒系统电解处理印染RO浓水有明显影响。印染RO浓水的COD去除率随pH的增大先降低后升高，pH为4、6、10时，COD去除率均可达到70%左右。这是因为，在酸性条件下，NaClO有较高的氧化还原电位，但同时，NaClO的分解也随着pH值的减小而加快，使得部分NaClO在脱色降解印染RO浓水之前就被还原为氯气，容易造成二次污染，因此pH不能过低；而在碱性条件下，NaClO稳定性会随着pH的增大而增加，使得NaClO的利用率升高。考虑到工业生产应用中溶液对电极和设备的腐蚀问题，溶液的pH值不宜过高或过低，控制在8～10为妥。

2.5 NaCl含量的影响

NaCl是电触媒系统中最重要的物质之一，在本实验中，对不同NaCl含量的电触媒系统进行了对比分析，其中均加入1g的Fe-Mn催化剂，电解时间为60min，其他反应条件保持不变，结果如图5所示。

从图5中可以看出，NaCl投加量对印染RO浓水的脱色降解有很大的影响。随着NaCl的增加，COD去除率先增加后缓慢减小，当NaCl投加量为2g时，COD去除率达到最大，为72.17%。推测原因是：在电触媒系统中，NaCl作为电解质，从原则上说，电导率随着电解质投加量的增多而增加，从而增加了反应电流，加快了反应速率。但如果NaCl投加量过大时，会阻碍NaClO的生成，使得COD去除率不升反降。

图5 NaCl投加量的影响

3 结论

电极材料、催化剂类型、电解反应时间、初始pH值和NaCl投加量对印染RO浓水中COD去除率均有影响，当以石墨板作为两极，结合Fe-Mn或Fe-Co负载型金属催化剂，组合成的电触媒系统，在pH为8～10，外加NaCl为2g的条件下可以对印染RO浓水反复进行电催化处理，1L印染RO浓水的COD基本可以降至100mg/L以下，去除率可达到70%以上，处理完后的水可以直接排放，也可以进行循环处理。

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Study on Printing and Dyeing RO Concentrated Water Degraded by Electrical Accelerant System

LEI Bin, YU Hai-qiao, HUANG De-chang, WANG Jun-chuan

X703

A

1006-5377（2014）01-0028-03

科技部科技型中小企业技术创新基金（11C26213514937）；厦门市科技计划（3502A20111077）。