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本研究是在介绍表面活性剂废水的特点及其危害性的基础之上,介绍和比较了现有各种表面活性剂废水处理方法的原理和优缺点,并提出了利用复极性固定床三维电极电解法处理表面活性剂废水的思路。试验以阴离子表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(Litlear Alkylbenzene Sulfonate LAS)废水为研究对象,以石墨,钛基催化材料作为电极,活性碳、玻璃珠作为三维电极电解槽的填料,对二维电极电解法和复极性固定床三维电极电解法进行了去除效果和电能消耗的比较试验,结果表明后者对污染物的去除率明显高于前者,电能消耗量则显著低于前者,具有较高的实际应用价值。同时,进行了备因素对三维电极电解法电解效果影响的试验研究,分析了各因素对电解过程影响作用原理,并得出对电解效果影响比较显著的因素以及各因素最佳水平组合,以期对更深入的试验研究和实际工程应用提供一些试验依据。进一步对该法降解LAS的反应动力学和反应历程进行了探索性的试验研究,得到如下结论:
(1)单因素试验研究表明,对LAS降解效果最好的电极材料是石墨电极,最佳的极板间距是4cm;通过投加电解质和调节pH值可以提高溶液的电导率,进而能够将LAS去除率从36.6%提高到80.2%。
(2)正交试验表明,三维电极电解法中影响最显著因素为槽电压和反应PH值。最佳工艺参数为:槽电压U=30V,反应pH=2,LAS进水初始浓度C0=250mg/L填料以活性炭和玻璃珠按体积比2:1的复合填料,电解时间为60~90min。
(3)在连续进出水的动态试验中,反应最初的2~3h内,LAS去除率不断增大。4h以后,LAS去除率稳定在19%左右。相对于同样电导率条件下的静态试验,动态试验的LAS去除率低,原因主要是LAS在反应器内的水力停留时间较短,进水的电导率偏低。在实际应用中可考虑通过延长水力停留时间和投加电解质提高去除率。
(4)对比二维电极电解反应器和三维电极电解反应器的能耗,在去除率高于30%时,三维电极电解反应器的能耗低于二维;LAS去除率在42%左右时,三维电极反应器的能耗仅为二维电极反应器电耗的20%左右,此时三维电极在节省能耗方面的优势十分明显。
(5)通过反应动力学研究,三维电极降解LAS的反应符合二级动力学,拟合程度较高,反应速率方程式为其中反应速率常数k=7.0×10-5Lmol-1min-1(6)Las的氧化降解的反应历程分为两步:首先LAS被氧化降解为小分子的有机物(中间产物),进一步,中间产物被彻底无机化。经过120分钟的电解反应,废水中67.6%的LAS被降解,60.1%的LAS被无机化,中间产物的残留量很少,由此推断反应的控制步骤是LAS被降解成中间产物的反应。UV光谱分析证实石墨电极和DSA电极的电解体系都能够将LAS中的苯基氧化破坏,DSA电极体系比石墨电极体系对LAS分子结构中苯基的氧化破坏效果更好。