电化学无氯预氧化安全净水新技术研究

发布时间：2019-09-07 14:12

【摘要】：由于原水受污染的程度日益严重及饮用水水质标准的日益严格,常规净水工艺已难以满足这两方面的巨大挑战。氯消毒过程中生成具有致癌、致畸性的消毒副产物,使用臭氧作为氧化剂导致水体中溴酸盐生成的问题,是自来水厂面临的难以解决的棘手问题。常规饮用水处理工艺对产生的消毒副产物不能有效去除,存在安全隐患问题,因此研究开发新的水处理工艺是目前研究的热点和难点。采用预氧化技术预先去除水中的有机物或对生成的消毒副产物进行后续去除是目前解决水中消毒副产物超标的两种途径。因此本文从电化学对饮用水水源的处理展开研究,具体研究内容及结果如下： (1)在线电化学合成过氧化氢用于原水预氧化：在线电合成过氧化氢利用较多的两种结构的电解槽：一种是电极垂直放置水沿着电极流动(平行流动模式),另一种是电极水平放置水穿过电极流动(横向流动模式)。第一种结构的电解槽氧气的利用率很低,造成氧气的无用浪费增加运行成本。横向流动模式虽然可以提高氧气的利用率但是会发生气阻现象,导致槽电压的升高。在水处理行业中尽量避免使用隔膜,因为隔膜的使用不仅增大了投资成本,当长时间运行后,隔膜表面容易受污染,隔膜的拆装和清洗是工程中棘手的问题。另外电解槽的设计还需遵循的原则是：易于拆装。因此本文自行设计了一套无隔膜可调角度的倾斜电解槽,该电解槽无需使用任何隔膜,在不发生气阻的情况下提高了氧气的利用率。本章主要讲述了在不添加任何电解质的条件下,电解自来水在线电化学合成过氧化氢。考察了不同电解条件下对合成过氧化氢的影响,在满足原水预氧化的前提下,生成低浓度的过氧化氢可以降低电解成本及过氧化氢在阳极的氧化。结果表明,在电解槽倾斜角度在300-65°范围内,水流量250L·h-1,2mA·cm-2的电流密度,氧气流量100L.h-1的条件下,过氧化氢的在线生成浓度达5.56mg.L-1,电流效率达37%以上。本章还研究了电解过程中除过氧化氢之外的活性氧的生成,如02-1、H02-等。以对苯二酚为目标物,证明了活性氧的存在对目标物具有很好的开环降解作用。氧气的阴极还原过程中生成的活性氧H02-及H202对目标污染物的降解起到了很好的阴极间接氧化的作用。 (2)阴极材料的相关改性研究：对阴极石墨毡进行了电化学氧化改性,以稀硫酸溶液为电解液,在常温常压下采用电化学循环伏安法改性石墨毡30min。石墨毡经改性后表面亲水性增强,Raman光谱显示改性石墨毡表面的粗糙度增大,XPS测试表明改性后的石墨毡表面成功引入了羰基和羧基等含氧官能团。RDE测试结果表明,改性后的石墨毡电极氧还原的电子转移数接近于2。改性后的石墨毡电极可保持较长时间的电解电流不会出现衰减。 (3)负载活性炭降解甲基橙相关因素研究：由于三维电极比传统的二维电极具有更大的面体比,可以缩短反应物的传质距离,减弱扩散传质作用对反应的影响。为此,本章制备了负载型活性炭作为三维填充粒子,以印染废水甲基橙为目标物,考察了在不同的反应条件下对甲基橙的脱色率和COD去除率的影响,并对降解机理进行了研究。 (4)双金属合金对水中四氯化碳的脱氯作用：四氯化碳作为水中典型的氯代污染物,具有良好的稳定性,对水体的污染严重。在本章中我们设计研究了几种双金属合金,考察了对四氯化碳的降解作用。并对影响降解的因素进行了考察。 (5)电化学无氯预氧化安全净水技术的中试研究：将自行设计的电解实验装置用于处理黄河水(南水北调工程中郑州段),实验中将电解槽和Al-Fe合金粉体滤柱相结合,黄河水先通过电解槽产生的活性氧进行预氧化之后,再经过合金滤柱,由电解生成的过氧化氢在合金表面催化生成·OH,具有强氧化能力的·OH相当于对黄河水进行深度氧化处理。实验也考察了化学预氧化(投加化学药剂)方式对黄河水的处理效果。我们对这两种氧化方式的净水效果进行了对比。
【图文】：

曲线,接触角,石墨,吸附水

：‘■‘ ?警：-：。图3-11石墨链接触角的测试Fig. 3-11 Contact angle measurement of untreated graphite felt and treated graphite felt3. 4. 7石墨崣的亲水性实验将改性过的石墨链和未经过改性的石墨租放在自来水中浸泡，每隔一段时间取出称重，见下图3-12。经过改性的石墨链浸泡10 min其吸附水的质量达到1035 mg且达到了吸附饱和状态。所以再继续延长浸泡时间，，对水的吸附量变化不大。而未经改性的石墨结浸泡10 min后吸附水的量仅仅为200 mg,浸泡120min后，其吸附水的量才达到饱和499 mg-L"',而且吸附的水量随时间的延长几乎没变化。比较两条曲线还可以看出，改性过的石墨链不仅吸附水达到饱和的时间要远远的低于未改性的链，而且吸附水的量也明显的高于后者。这是因为改性后的石墨越表面生成亲水性的含氧官能团，并且石墨桂表面粗糖度的增大使其具有更大的比表面积，这些
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU991.2;TQ150

【参考文献】