强化电解法处理丙烯腈废水的探讨

李昆峰，张建钢

1宝鸡市环境监测中心站；2宝鸡市德臣工贸有限责任公司

丙烯腈，分子式为C3H3N，是一种重要的有机化工原料，广泛应用于合成纤维、合成橡胶等工业领域。其生产方式目前为丙烯氨氧化法(又称Sohio法)，生产原料简单廉价、工艺流程比较简单、能耗小，但是，在丙烯腈的生产过程中会产生含有高浓度氰化物、丙烯腈、乙腈、丙酮氰醇等有毒有害物质的工业废水。[1]丙烯腈生产废水中的主要成分对环境和人体有害，其中，氯化物进入温血动物体内会导致组织供养不足、血压下降、甲状腺机能减退等症状，高剂量可迅速致死，而丙烯腈还会产生氰离子使体内细胞缺氧坏死，还可致接触性皮炎，长期接触者易出现头昏、乏力、失眠等症状。[2]废水中还含有多种对呼吸系统与皮肤其强烈刺激作用的物质，这些物质对植物也有不可逆的影响，一旦发生二次污染或废水泄露污染地下水，其危害不言而喻。

寻求高效的丙烯腈废水处理办法，一直是学界关注的问题。若能改进已有丙烯腈废水处理方法或提出新的处理方法，必然能有效解决当今丙烯腈工业生产面临的污染难题，为此，本文拟根据实验研究，结合电化学相关知识，就如何运用多重电解法处理丙烯腈废水展开探讨。

一、丙烯腈废水强化电解实验原理及目的

（一）实验原理

电化学法降解污水的基本原理是使污水中的有机污染物直接在电极上发生氧化还原转变，同时利用污水中各种盐类成分在电极反应中产生的各种强氧化剂，比如CL、O3、HCLO等氧化污染物，使之被降解。所以通常电化学法降解污水是通过电极表面的直接氧化作用和溶液中产生的强氧化剂的间接氧化作用实现的(如图1、图2所示)。

图1 电化学法污染物的去除机理（一）

图2 电化学法污染物的去除机理（二）

电极直接氧化是由于含盐水分子在阳极表面上电离放电，产生羟基自由基（•OH），羟基自由基使被吸附在阳极上的有机物氧化，如式(1)—(4)所示。

阳极：

通过间接氧化降解是指在电解过程中，通过电化学反应水中的氯盐、铁盐等盐类产生强氧化剂(如ClO-、高价金属离子等)，使污水中的污染有机物被这些氧化剂所氧化，如式(5)—(9)所示。

阳极：

溶液中：

污染有机物电化学降解过程主要通过以下步骤进行：

首先，H2O或OH－通过在阳极上放电，产生物理吸附态的羟基自由基 (•OH)：

吸附态的羟基自由基(•OH)与有机物发生电化学燃烧反应：

（二）实验目的

对丙烯腈废水以强化电解法进行处理，调整处理后丙烯腈废水PH值为碱性，利用产生的氢氧化铁絮凝作用进一步去除COD，对絮凝预处理后的混合液进行强化电解实验，观察其进一步去除COD的效果。

二、丙烯腈废水强化电解实验

（一）实验药剂及装置

氢氧化钠、七水硫酸亚铁（分析纯）、盐酸、强化电解装置（如图3）、高频直流电解电源。

图3 强化电解槽组

强化电解装置内部由多组复合污水处理用钛电极构成。处理丙烯腈废水是通过：

(1)强化电解极间电解电压比较高，用比较高的电压使钛阳极表面有机污染物直接被氧化分解。

(2)强化电解装置通过大面积的阳极，比较小的电极间距，使得在电解反应过程中钛电极表面会产生大量羟基自由基，氧化分解污水中的有机污染物。

(3)在电解反应过程中同时又会形成氧化性质极强的臭氧 03次氯酸等强氧化物质，来间接氧化分解有机污染物。在强氧化电解反应过程中，电极表面产生的 H202、02等二次反应中间产物对有机物具有氧化分解作用。上述几种机理综合作用，产生很好的降解效果。

强化电解装置用于高效电解含氯废水中的氯及氯化物，形成相应的氯酸盐，起到降低COD及脱色的目的。

当溶液中有CL-存在时，在特定条件下也有可能发生如下反应:

2CL-—CL2+2e．

2H202+2CL—H2+HOCL

CL2+H20—HOCL+CL+

HOCL—OCL-+H+

CL、OCL-和HCLO具有很强的氧化性。当废水中有大量CL氯离子时，在电解过程中产生的强氧化剂次氯酸起着主要的作用。采用强化电解法来电解氧化含CL离子废水，研究发现在电解过程中产生的中间产物CL 以及 OCL-的间接氧化作用在整个电化学氧化过程中起着非常重要的作用。

本次实验用强化电解装置由3台单元式电解槽构成，每台电解槽由5片复合钌铱钛电极串联构成，电极间距为3毫米。采用流动式电解处理结构，可根据出水要求进行循环电解，增加电解时间。该电解槽组可根据具体的污水含盐量电导率来调整进水流量、电解电压、电解电流，以达到不同的污水处理要求。电解槽都有其独立的耐腐蚀自吸泵，并且保证可倒极使用。电解槽电解系统设计有独立的气体排放管道，产生的气体可单独收集，及时排除室外，保证了电解系统运行时人员的安全性。

（二）实验操作步骤

取10L经过氢氧化钠调节PH值为10-11的丙烯腈废水水样，添加硫酸亚铁后絮凝沉淀10小时，过滤后取上清液添加于容器中，添加盐酸将PH值调节至7。

打开循环泵，将调节后的污水注入强化电解槽中进行循环。连接强化电解槽电解电源，打开循环泵电管开始循环，直到电解槽出水口有水流出，打开直流电解电源，将电解电压由0调至20V，开始强化电解实验，记录电流并分别于反应时间1h、2h时在容器内取样分析，测定废水中的COD。

（三）实验数据及现象（表1）

表1 实验数据

实验现象：

（1）丙烯腈废水经过调碱絮凝预处理后，PH约为10，随着絮凝作用开始，污水色度降低。

（2）继续经过强化电解后，废水的色度去除明显。

（3）调整PH值电解结束后，废水呈碱性，PH值约为7-8。

（四）实验结论

丙烯腈废水在使用电解实验处理中，曝气、絮凝沉淀后经强电解装置的多种电解工艺结合使用，对丙烯腈废水COD去除有较好的效果。若按照一定顺序安排工艺，增加合适的添加剂，能使降解率达到50%以上。由此可见，强化电解装置结合添加剂的方法处理效果好、成本低，相对于传统处理工艺优势明显。通过进一步详细测试可继续提高降解率，其处理效果更加理想。

三、结束语

本次实验根据丙烯腈废水的特点，采用自行设计的强化电解法为核心结合相关添加剂的方法，根据实验可知，絮凝沉淀及强氧化电解的方式效果基本达到降低丙烯腈废水毒性、提高丙烯腈废水后段可生化性的预期要求，证明该组合工艺能有效处理丙烯腈废水。但从实验过程和实验现象可以发现，该工艺还存在改进空间。结合实验与思考，建议如下：

①设计开发上规模处理废水电解槽。槽体构造参数直接影响电解工艺的效能，需要考虑污水流量、电极分布、主电极催化涂层选择等各个环节的细节参数。本次实验自制的实验用装置，在结构设计上可为大型设备的设计提供参考，电源选择和能耗问题需要慎重计算。

②本次实验结合絮凝沉淀、强氧化电解方法进行实验，达到了预期效果，但通过更合理的方案组合，结合生物厌氧法、膜分离技术，形成体系化的联合工艺，后段处理效果会更明显，处理丙烯腈废水的效果将显著提高。本次实验验证了多重电解方式组合并且结合后段生化法的联合工艺可能是当前丙烯腈废水处理问题的解决之道。