极板材料对三维电极电Fenton法处理孔雀石绿废水的影响

李旭光，郑璐

极板材料对三维电极电Fenton法处理孔雀石绿废水的影响

李旭光，郑璐

（沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168）

利用三维电极电Fenton法处理孔雀石绿废水，通过比较两种不同的极板材料对色度与COD的去除率的影响，确定使用哪种极板材料能够更高效的处理废水。

极板材料； 孔雀石绿废水； 三维电极；电Fenton

目前，各国的工业水平正在快速增长，向水体中排放的废水量也越来越大。孔雀石绿作为偶氮染料的一种，在工业废水的排放中占有重要的比例，其具有水质水量波动大、色度高等特点[1]。

试验以孔雀石绿印染废水为目标污染物，用三维电极电Fenton耦合的方法处理废水[2]，研究不同极板材料对体系处理效果的影响。

1 实验部分

1.1 实验装置

三维电极电Fenton试验装置由电动搅拌机、阴极电极板、阳极电极板、气体流量计、电流表、直流稳压电源、空气压缩装置等组成。

图1 试验装置示意图

三维电极电Fenton反应装置采用2000 ml的烧杯。阳极采用铁板电极，阴极采用石墨板电极，尺寸均为20 cm长，6 cm宽，厚度为3 mm。

1.2 试验用水

试验选用孔雀石绿为处理对象，为更好的分析三维电极电Fenton系统对孔雀石绿的处理效果和控制参数，排除干扰因素，试验选用自配染料废水。将孔雀石绿与蒸馏水按一定浓度进行混合，并避光稳定24 h后进行试验，以孔雀石绿的COD去除率和色度去除率作为水质指标，如下表所示。

表1 印染废水常规水质指标

1.3 实验原理

试验中，空气压缩机、转子流量计、曝气管以及曝气头组成了三维电极电Fenton系统的曝气装置，曝气头通过曝气软管与空气压缩机连接，并在中间设置转子流量计，调节试验所需的曝气强度。在三维电极反应器中，污染物被截留在粒子电极的表面，并在粒子电极上发生氧化还原反应，然而，当装置长时间运行，污染物和降解过程中产生的中间产物容易沉积和吸附在粒子电极表面，导致处理效果下降。曝气装置可以提供充足的氧气，溶解氧在阴极发生电极反应产生强氧化剂对污染物进行去除。同时，装置采用电动搅拌的方式，搅拌桨同放置在装置底部的曝气头产生的气泡一起对粒子电极进行冲刷，并使粒子电极处于流动和分散的状态。使溶液充分混合，曝气均匀，防止粒子电极在底部堆积产生短路现象。

试验采用两种不同的极板材料—C/C电极与Fe/C电极—处理孔雀石绿废水，通过比较色度与COD的去除率来观察处理效果，从而确定使用哪种极板材料能够在相同时间内处理效果更佳。

2 实验方法

2.1 C/C电极对孔雀石绿废水的处理效果

在Fe/C电极电Fenton反应器内，铁阳极能在电化学反应中产生大量Fe2+，因此C/C电极需外加Fe2+产生电Fenton反应，试验控制极板间距为9 cm，初始pH值为3，电解电压为14 V，Na2SO4电解浓度为5 g/L，曝气强度为1 L/min，分别在C/C电极反应器内投加0.5、1.0、1.5、2.0 mmol/L Fe2+，研究外加Fe2+浓度对孔雀石绿印染废水处理效果的影响，试验结果见图2。

图2 外加亚铁粒子浓度对孔雀石绿废水处理效果的影响

根据Fenton反应的反应机理，发生Fenton反应时，Fe2+和H2O2之间存在着最佳的比例，［H2O2］:［Fe2+］低于或超过这个最佳比例时，都不能达到最好的处理效果[3]。秦洁琼[4]等人研究了采用超声-Fenton氧化法联用的技术处理印染废水，通过Fenton氧化的正交试验分析，确定Fenton反应的最佳反应条件，在pH=4，Fe2+浓度0.02 mol/L，H2O2浓度0.18 mol/L的条件下，COD和色度去除效果最佳。李新[5]等人研究了印染废水中各类有机物在Fenton氧化过程中的去除效果，试验表明［H2O2］:［Fe2+］为6:1~10:1时效果较好，当［H2O2］：［Fe2+］为10:1时，UV254、DOC和ADMI7.6去除率分别达到了77.00%、46.00%和94.00%。通过前面的试验，C/C电极H2O2生成量为114.34 mg/L，当Fe2+投加量为1 mmol/L时，体系中［H2O2］:［Fe2+］接近10:1，此时Fenton反应较为高效充分。当Fe2+投加量小于 1 mmol/L时，Fenton体系中产生的·OH较少，不能对有机物产生较好的降解效果，当Fe2+投加量大于 1 mmol/L时，过量的Fe2+会消耗体系中的·OH，发生反应Fe2++·OH → Fe3++ OH-，降低对有机物污染物的氧化去除效果[6]。因此，在Fe2+投加量为 1 mmol/L时，C/C电极的处理效果最好，色度去除率和COD去除率分别达到了43.24%和20.92%。

在C/C电极反应器中外加Fe2+浓度1 mmol/L。控制反应时间为180 min，每隔20 min对印染废水出水进行取样，进一步研究在不同反应时间的条件下C/C电极电Fenton系统对印染废水色度和COD的去除效果，实验结果如图3所示。

图3 C/C电极对孔雀石绿废水处理效果的影响

2.2 Fe/C电极对孔雀石绿废水的处理效果

通过外加Fe2+浓度对C/C电极反应器处理效果的影响试验可以确定，当外加Fe2+浓度1 mmol/L时，C/C电极对印染废水的处理效果最好。控制反应时间为180 min，电极电压为14 V，电解质浓度5 g/L，曝气强度1 L/min，极板间距9 cm，pH=3，在不外加Fe2+的条件下研究Fe/C电极极对印染废水色度和COD的去除效果。试验结果如图4所示。

图4 Fe/C电极对印染废水处理效果的影响

从图4可以看出，Fe/C电极对色度和COD的去除效果与C/C电极的趋势相同，但去除率均高于C/C电极，经过3 h的电Fenton反应，反应结束后，Fe/C电极色度去除率和COD去除率分别比C/C电极高出15.19%和10.82%。采用Fe阳极的电Fenton反应系统，在阳极发生电化学反应Fe-2e-→Fe2+，阴阳两极原电位产生了Fenton试剂并发生Fenton反应，生成大量的·OH，·OH的强氧化性能可以降解印染废水中的有机污染物，使COD和色度得以去除。

在C/C电极电Fenton系统中，虽然在反应初期向C/C电极投加了1 mmol/L的Fe2+， Fe2+可以在反应器内循环，但随着反应的进行，循环量很少，且Fe2+浓度越来越低，在电解反应开始的60 min内，色度去除率和COD去除率升高的速率较快，60~120 min色度去除率和COD去除率上升缓慢，120 min后，溶液的色度去除率和COD去除率几乎不发生变化，Fenton氧化的高效反应仅出现在反应初期的60 min内。

3 结论

从试验结果可以看出，在以C/C电极作为极板材料时，外加Fe2+浓度在1.0 mmol/L、反应进行到120 min时色度与COD的去除率几乎同时达到最高值，分别为42%与20%；在以Fe/C电极作为极板材料时，色度的去除率在反应进行到100 min时达到最大值58%左右，COD的去除率在反应进行到120 min时达到最大值30%左右。综上所述，在其他条件都相同的条件下，Fe/C电极在相同的处理时间内色度与COD的去除率均高于C/C电极，因此试验选用铁阳极和石墨阴极极板。

［1］谢复青，何星存，陈孟林.钢渣-焦炭吸附-微波降解法处理孔雀石绿染料废水的研究[J].化工时刊，2006，20（3）：3-10.

［2］石岩，王启山，岳琳，等. 三维电极_电Fenton法去除垃圾渗滤液中的COD[J].中国给水排水，2008,24（19）：87-94.

［3］班福忱，赵晓彤，武玉萍，等. 三维电极_电Fenton法处理苯酚废水机理研究[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2014，30（1）：137-141.

［4］秦洁琼，周培国，张齐生，等.超声-Fenton氧化联用处理印染废水[J]. 节水灌溉，2012,7:39-46.

［5］李新，刘勇弟，孙贤波，等.印染废水生化出水中各类有机物在Fenton氧化过程中的去除效果[J]. 环境工程学报，2012,6（11）：3953-3958.

［6］王利平，蔡华，陈毅忠，等.Fenton 试剂深度处理印染废水的研究[J]. 中国给水排水，2010, 26（7）：90-93.

Effect of Electrode Material on Malachite Green Wastewater Treatment With Three-dimensional Electrode Electro Fenton Method

,

（Shenyang Jianzhu University, Liaoning Shenyang 110168, China）

Three-dimensional electrode electro Fenton method was used to treat malachite green wastewater. Effect of electrode material on the removal rates of chromaticity and COD was investigated with two different electrode materials. At last, suitable electrode material for treatingthe wastewater was screened out.

electrode material; malachite green wastewater; three-dimensional electrode; electro Fenton

TQ ××

A

1004-0935（2017）09-0866-03

2017-06-28

李旭光（1989-），男，在读硕士研究生，内蒙古赤峰市人，沈阳建筑大学环境工程，研究方向：从事水污染理论与控制研究。