电Fenton法降解低含盐量反渗透浓缩液中腐植酸

第31卷第1期2018年1月环境科学研究ResearchofEnvironmentalSciencesVol.31,No.1Jan.,2018孟海玲，刘庭蕾,刘再亮，等.电-Fenton法降解低含盐量反渗透浓缩液中腐植酸[J].环境科学研究,2018,31(1):154-160.MENGUailing,LlLTinglei,LlLZailiang,eia/.Highlyefficientdegradationofhumicacidinlowsalinityreverseosmosisconcentratebvelectro-Fentonprocess[J].ResearchofEnvironmentalSciences,2018,31(1)：154-160.电-Fenton法降解低含盐量反渗透浓缩液中腐植酸孟海玲，刘庭蕾，刘再亮，朱丽莎安徽工业大学能源与环境学院，“生物膜法水质净化及利用技术”教育部工程研究中心，安徽马鞍山243000摘要：为研究采用碳毡-Pt电-Fenton体系处理模拟低含盐量反渗透浓缩液中的腐植酸的影响因素和降解机制，通过单因素试验，以C0D&去除率为评价指标，以Fe2+添加量、通氧量、电流密度、pH为考察因素，探讨了不同条件对电-Fenton体系p(H2〇2)和C0Dtr去除率的影响.结果表明:采用电-Fenton法降解模拟反渗透浓缩液，较低的含盐量有助于C0Dtr的去除，与高含盐量（1000~2000mg/L)相比，在低含盐量（500~1000mg/L)条件下C0Dc,去除率提高10%~20%;并且最佳条件下实际电流效率（GCE)达到15.6%，电化学能耗为32kW.h/kg.最佳反应条件：通氧量为0.3m3/L，Fe2+添加量为0.1mmol/L，电流密度为3.5mA/cm2,pH=3,在该条件下反应180min时，电-Fenton体系产生的p(H202)为105mg/L，可使p(C0DCr)由150mg/L降至161耶几^00(』去除率达到90%.研究显示，较宽的pH范围（3~7)内碳毡-Pt电-Fenton体系对腐植酸的降解表现稳定，C0DCr去除率均达到60%以上.关键词：反渗透浓缩液；电-Fenton;H202;C0DCr;腐植酸中图分类号：X703.1文章编号：1001-6929(2018)01-0154-07文献标志码：ADOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2017.03.40HighlyEfficientDegradationofHumicAcidinLowSalinityReverseOsmosisConcentratebyElectro-FentonProcessMENGHailing，LlUTinglei，LlUZailiang，ZHULishaSchoolofEnergyandEnvironmentSchool，‘WaterPurificationandUtilizationTechnologyofBiofilmProcess’EngineeringResearchCenterofMinistryofEducation，AnhuiUniversityofTechnology，Maanshan243032，ChinaAbstract：Theinfluencingfactorsandmechanismofthedegradationofhumicacidinsimulatedlowsalinityreverseosmosisconcentratewasstudiedbytheelectro-Fentonprocesswithcarbonfelt-Ptaselectrode.Thefactorsinfluencingtheproductionof^0=andC0D(.rremovalwereinvestigatedandtheresultsshowedthattheelectro-Fentonprocesseffectivelydegradedcontaminants，andthathigherC0Dcrremovalrateobtainedwithlowersalinitywithinreverseosmosisconcentrate.Whenthesaltcontentinthesolutionwaslower(500-1000mg/L)，theremovalrateofC0D(:rincreasedby10%to20%comparedwiththehighsalinity(1000-2000mg/L).Thegeneralcurrentefficiency(GCE)andelectrochemicalenergycost(EEC)reachedabout15.6%and32kW.h/kgC0D(.rrespectivelyunderoptimumconditionswithoxygenuptakeof0.3m3/L，Fe2+dosageof0.1mmol/L，currentdensityof3.5mA/cm2，andpH3.Theconcentrationof&02producedbytheelectro-Fentonprocessreached105mg/Lwithin180min，resultingintheconcentrationofC0D(:rreducedfrom150mg/Lto16mg/L，correspondingto90%C0D(.rremoval.Moreover，theprocessshowedastableperformanceinawidepHrangefrom3to7andtheC0D(.rremovalpercentagereachedhigherthan60%.Keywords:reverseosmosisconcentrate;electro-Fenton;只2。2;C0D(.r;humicacid城镇污水处理厂的尾水经反渗透深度处理是解决我国中西部缺水地区工业企业用水的重要途径之一[1].但是,其产生的反渗透浓缩液约占原水的20%〜25%[2-3],原水中的绝大部分污染物和盐分转移到浓缩液中，其P(C0D&)为60〜184mg/L[4],主要含有腐植酸等有机物和一些有毒有害产物，若直接排放会造成严重的生态危机和环境污染，因此寻找一种经济有效的去除有机污染物的方法至关重要[5].收稿日期：2017-06-05修订日期：2017-09-12作者简介：盂海玲（1980-),女，山东郓城人,副教授，博士，主要从事难降解废水处理研究,[e-mail].基金项目：安徽省科技攻关计划项目（11010401010);安徽工业大学研究生创新基金（2013037)SupportedbyProjectofAnhuiScienceandTechnologyResearch，China(No.11010401010);InnovationFundforGraduateStudentsofAnhuiUniversityofTechnology(No.2013037)第1期孟海玲等：电-Fenton法降解低含盐量反渗透浓缩液中腐植酸155高级氧化法（AOPs)产生的*0H(氢氧自由基）是一种强氧化剂，具有-2.88V的标准电极电位，几乎能氧化所有有机物[6].高级氧化法中采用臭氧氧化[7-8]、光催化氧化[9-則，芬顿法[11-12]、电-Fenton法[13-14]处理反渗透浓缩液的研究常见报道.其中，电-Fenton法作为一种高级氧化技术，因其有机物去除率高，能原位产生H2O2,无需外加化学药剂等优点受到越来越多的研究学者关注[15-16]，多用于含盐量高、导电性强的反渗透浓缩液的处理.而在以地表水为饮用水源的地区，城镇污水处理厂的尾水经纳滤、反渗透深度处理后，产生的浓缩液含盐量较低.而使用电-Fenton法处理低含盐量反渗透浓缩液的报道极为有限[15].该研究以低含盐量反渗透浓缩液中的腐植酸为研究对象，采用碳毡-Pt电-Fenton体系对模拟反渗透浓缩液进行处理，研究含盐量、pH、电流密度、通氧量、Fe2+添加量等因素对电-Fenton体系中p(H202)和COD^去除率的影响，确定最佳处理条件，并探讨电-Fenton法降解有机污染物的作用机理，以期找到一种处理低含盐量反渗透浓缩液经济有效的的方法.1材料与方法1.1试验用水试验用水为模拟低含盐量反渗透浓缩液，其中p(氯化钙）为100mg/L、p(氯化钠）为400mg/L、p(腐植酸）为200mg/L.模拟反渗透浓缩液的p(C0DCr)约为150mg/L，pH为7~8,电导率为630pS/cm.1.2主要试剂与仪器绿矾、氯化钙、氯化钠、浓硫酸、氢氧化钠、草酸钛钾、硫酸钠等化学试剂均为分析纯，腐植酸钠为化学纯，碳毡为市售普通碳毡，厚度为0.5mm;稳流稳压电源（APS3003S-3D，南京国睿安泰信科技股份有限公司）、pH计（PHS-3C，上海精密科学仪器有限公司）、磁力搅拌器（DHG-9023A，上海一恒科学仪器有限公司）、721分光光度计（722s，上海精密科学仪器有限公司）、恒温水浴锅（SHZ-B，上海博迅实业有限公司医疗设备厂）、紫外分光光度计（TU-1901，北京普析通用仪器有限公司）•1.3试验方法1.3.1试验装置在电解杯中使用三维电解系统对模拟反渗透浓缩液进行处理，使用稳流稳压电源提供电流•阳极采用钼丝，尺寸为少0.5mmx37mm，阴极使用碳毡，尺寸为4cmx5cmx0.5cm.阳极放在电解杯中央，阴极放在杯壁处，二者相距2.45cm，曝气头设置在阴极附近，由流量计控制通氧量•将电解杯放置于磁力搅拌器上，搅拌速度为300r/min•每次处理水量为175mL•配制0.1mol/L的硫酸钠溶液作为电解质测量p(H202)，采用H2S04、Na0H调节pH.每次试验之前先曝气10min，然后投加一定量的绿矾•试验装置如图1所示.Fig.1Schematicdiagramofreverseosmosisconcentratebyelectro-Fentonprocess1.3.2试验方案电-Fenton体系降解模拟反渗透浓缩液，以C0Dcr去除率为评价指标，分别对含盐量、通氧量、Fe2+添加量、电流密度和初始pH等5个单因素进行探讨，每个单因素各取3~4个水平（见表1)，探讨降解模拟反渗透浓缩液中腐植酸的最佳条件.表1试验方案Table1Experimentscheme影响因素参数水平含盐量/(mg/L)500、1000、1500、2000通氧量/(m3/L)0、0.2、0.3、0.4Fe2+添加量/(mmol/L)0.05、0.10、0.20电流密度/(mA/cm2)1.0、2.0、3.5、4.0初始pH3、5、71.3.3分析方法米用钛盐分光光度法测定电-Fenton体系中的p(H202)，在波长为400nm测量吸光度[17].UVw采用紫外/可见分光光度计测定，表征腐植酸相对含量.P(C0DcJ根据GB11914—1989《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》测定•电流效率(CE)的定义[18]:CE=1■X100%(1)34厂…0式中力为氧化还原产生的H:02转移的电子数，=2;F为法拉第常数（96486C/mol);c为反应生成的156环境科学研究第31卷p(H202)，mg/L;F为溶液的体积，L;/为电流强度，Ay为时间，s.模拟反渗透浓缩液的实际电流效率(GCE):C0D0-C0D,GCE=——0•F•F•100%(2)80001tv7式中，C0D〇和C0Df分别为初始和最终p(C0Dcr)，mg/L.模拟反渗透浓缩液电化学能耗（EEC):^UxIxtx1000EEC=------------------(C0D0-C0Dt)xF(3)式中:EEC为电化学能耗，kW.h/kg(以每kgC0Dc计）；U为电源电压，V.在电-Fenton体