论文部分内容阅读
全氟化合物(PFCs)是一种典型的环境新兴污染物,其化学性质高度稳定,易生物富集且毒性强。因此,开发PFOA(全氟辛酸)和PFOS(全氟辛烷磺酸)钾盐的有效去除方法已成为环境技术研究的新热点。本文基于铁板电絮凝同时具有静电吸附和气浮作用,且原位生成絮体活性高等特点,开展铁板电絮凝法对废水中PFOA、PFOS钾盐去除效果的研究,系统考察了电流密度、初始p H值、转速、H2O2投加方式、离子类型等因素对铁板电絮凝去除PFOA、PFOS钾盐的影响,并探讨了它们的作用机制。首先,考察了铁板电絮凝去除废水中PFOA的效率,探讨了各因素(电流密度、初始p H值、转速、H2O2投加方式、极板间距、极板材料、添加剂)对其去除率的影响。结果表明,电流密度从6.25 m A/cm2增至37.5 m A/cm2时,电解90 min,PFOA去除率从38.14%迅速升至98.01%,之后再增大电流对PFOA的去除作用不大。PFOA去除率受初始p H值影响不大,在p H=3.77时去除率最高,达97.38%,而p H=9.10时PFOA去除率为92.90%。搅拌速度对吸附去除PFOA的影响较大,在所考察的转速范围内,转速为5 r/s时,PFOA的去除率最高,这与转速影响絮体生成的结构形态有关。H2O2投加方式对PFOA去除效果影响显著,每次定量投加0.5 m L H2O2(30%),投加间隔为20 min时,PFOA去除率最高,电解90 min后PFOA去除率可以达96%以上。极板间距对铁板电絮凝去除PFOA的影响不大,本实验极板间距以2 cm为宜。对于极板材料,同样条件下,铝板电解90 min对PFOA的吸附去除率仅40%左右,而铁板电解90 min对PFOA的去除率可达90%。为进一步彻底去除PFOA,实验探索多种添加剂的促进作用,结果表明,明胶的投加可更加彻底地去除水体中的PFOA。其次,本文针对PFOS钾盐进行了铁板电絮凝去除实验,考察了电流密度、转速、H2O2投方式、各种离子、极板材料对其去除率的影响。结果表明,电流对PFOS钾盐去除的影响规律类似于PFOA的去除,但所需电解时间更短,电解50 min,电流密度从6.25m A/cm2增加到25 m A/cm2时,PFOS钾盐去除率从37.13%迅速升至97.02%,之后再增大电流对PFOS钾盐的去除影响不大。而搅拌速度在5 r/s~9 r/s的范围对PFOS钾盐的去除都较为有效,呈现出较宽的传质有效区。另外,H2O2投加方式对铁板电絮凝去除PFOS钾盐有一定促进作用,但作用不大,不投加H2O2,PFOS钾盐的去除率也可达84.48%,投加H2O2后去除率略有增加,当每25 min投加0.2 m LH2O2时,去除率达90.84%。废水常见阴离子中Cl-、SO42-、NO3-对铁板电絮凝去除PFOS钾盐效率都存在影响,Cl-、SO42-对铁板电絮凝去除PFOS钾盐有促进作用,而NO3-对铁板电絮凝去除PFOS钾盐有抑制作用,这与上述离子对絮体表面电荷的状态存在作用有关,从而影响PFOS钾盐的电絮凝效率。此外,本实验还探讨了水体中Ca2+、Mg2+、Ni2+、Cu2+、Cr3+对铁板电絮凝去除PFOS钾盐的影响,结果表明Ca2+对铁板电絮凝去除PFOS钾盐有促进作用,但促进作用不是很明显,而Mg2+、Ni2+、Cu2+、Cr3+对铁板电絮凝去除PFOS钾盐有一定的抑制作用。最后,本实验探讨了极板材料对絮凝除PFOA的影响,结果表明铁板作为牺牲阳极对PFOS钾盐的去除效率比铝板高。最后探讨了铁板电絮凝去除水体中PFOX的机理和铁板电絮凝实用工艺对PFOX去除的影响。铁板电絮凝去除水体中PFOX主要依靠铁絮体与PFOX之间的静电、疏水吸附作用。对铁板处理工艺,结果表明,相对于铁板打磨和酸洗,不对铁板表面做任何处理的电絮凝效果最好,能耗最低。周期变换正负电极对电絮凝去除PFOA无改善作用。采用每反应20 min停歇5 min的供电模式,对铁板电絮凝去除PFOA效果有很好的改善作用,相同去除率下能耗显著降低。而Fe-Al复合电极能显著提高PFOA的去除率,降低能耗。上述研究工作表明铁板电絮凝法可实现废水中PFOA和PFOS钾盐的有效去除,本研究成果可为全氟化合物工业废水的有效电絮凝净化工艺提供理论支持和技术参考。