DSA电化学法处理氯醇法环氧丙烷生产废水的研究

【摘要】氯醇法环氧丙烷（PO）生产废水具有含盐量高（2%-4%）、pH值高（10-12）、CaCl2浓度高（≧15000mg/L）、COD高（1500-2500mg/L）等特点，含有大量难生物降解的含氯有机化合物，属于难生物降解的高浓度有机废水。这种废水的合理化处理和利用成为当前国内外PO行业发展中亟待解决的问题。DSA（钛基活性氧化物涂层电极）电化学法废水处理工艺是应用DSA电极，以电子为试剂在电极的表面上发生得失电子的反应，产生·OH等具有强氧化活性的物质来处理高浓度的有毒难降解废水。本处理方法具有许多优点，如无需添加化学试剂、不易产生有毒中间物质、处理效率高、易于操作等，是广泛用于工业化的高级氧化工艺之一，被称为“环境友好”技术。采用电化学法，以DSA类电极为催化阳极，对氯醇法PO生产废水进行了降解研究。主要研究内容有（1）针对该废水Ca2+浓度高的特点，对废水的预处理方法进行了研究和条件优化。（2）采用析氧析氯、循环伏安等方法对几种DSA类电极进行表征，通过对比分析，确定催化活性高的电极为电催化阳极。（3）应用优选出的电催化阳极对废水进行电化学降解，优化反应参数并提出PO生产与废水处理一体化工艺。（4）对DSA电化学法降解PO废水工艺进行成本分析和降解机理研究。借助不同方法对实验结果进行分析讨论，得到以下结论：（1）选用电化学法处理氯醇法PO生产废水的最佳预处理方案为：曝气量2.5L·min-1、曝气45min，每吨废水加入N2CO3粉末24kg，充分混匀后加入PFS+PAM复配絮凝剂。此预处理方案具有废水处理效果好(Ca2+的去除率为77.03%，COD的去除率为37.46%)、投药量少（100gPFS+7.5gPAM/t废水）、沉降时间短（5min）等优点，具有一定的优越性。PO废水预处理过程主要通过PFS的电中和作用和PAM的吸附架桥作用絮凝废水的悬浮颗粒物，并絮凝部分大分子有机物。（2）Ti/TiO2-Ta2O5-IrO2-SnO2电极比Ti/TiO2-IrO2-RuO2、Ti/TiO2-IrO2-RuO2-SnO2、Ti/TiO2-Ta2O5-IrO2电极具有高析氧电位、较大的循环伏安曲线包围面积和较高的表面分形维数，说明Ti/TiO2-Ta2O5-IrO2-SnO2电极具有较高的表面催化活性，能使有机物在其表面得到有效降解，是电化学处理PO废水最佳的DSA阳极。（3）应用Ti/TiO2-Ta2O5-IrO2-SnO2电极电化学处理PO废水，降解有机物的主要因素影响大小为：电流密度>极板间距>预处理后剩余Ca2+浓度；最佳实验参数为：电流密度74mA/cm2、极板间距4cm、预处理后剩余Ca2+浓度为1050mg/L。在此工况下电解240min，废水处理后COD为178mg/mL，去除率达到90.3%，Cl-去除率为11.2%。废水中Cl-含量仍然高达23800mg/L，需进一步进行工艺优化，确保废水的无害化利用。（4）通过优化实验，确定了废水的处理工艺：在正交实验的基础上，废水温度85℃时，废水经处理后的COD去除率达到93.5%，Cl-去除率为29.7%，能达到PO生产所需要的工业水标准。此废水处理工艺，不仅能保证PO废水的回收利用，还有纳米级碳酸钙、氢气等产品的产生。通过成本核算，得出处理每吨PO废水的实际成本为75.965元，而目前每吨PO售价14200元，本工艺处理成本低，具有非常好的经济前景。（5）通过电化学氧化机理、电化学图谱和红外光谱的综合分析，得出DSA电化学法处理氯醇法PO生产废水的降解机理：废水中直接氧化作用是醇、醚、酮和醛等有机物在阳极表面被直接氧化成饱和有机化合物；间接氧化作用是阳极上产生次氯酸，间接氧化分解废水中含氯有机物，这是废水有机物降解过程中的主导作用；PO废水中大分子含氯醚类有机物首先分解成小分子含氯有机物或醇类，随后酮基、醛基转化成醇羟基，同时分解成小分子含氯有机物，最后醇类被彻底分解成CO2和H2O，降解顺序为：醚类、酮类、醛类、醇类。本课题运用DSA电化学法对氯醇法PO生产废水进行处理，为该废水的处理提供了一种经济有效的新方法；同时结合氯醇法生产PO的工艺，提出了PO生产和废水处理一体化工艺。此工艺具有处理成本低、无需对废水稀释、无需添加电解质、无需对废水热交换、减少氯醇化副反应等特点，工艺流程简单，废水停留时间短，处理效果好，具有其它处理方法无法比拟的优点。
【作者】朱帅帅；
【导师】柴涛；
【作者基本信息】中北大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】电化学；PO；DSA电极；絮凝剂复配；

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