快离子导体的制备及其在三维电极法处理造纸废水中的应用研究

作     者：楚焕庆 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王振

授予年度：2016年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：造纸废水 快离子导体 三维电极系统 深度处理 

摘      要：造纸废水排放量大且处理成本较高。经传统二级处理(物化处理、生化处理)后的废水中高毒性有机污染物含量仍然很高,且很难被降解。这给人类及环境的可持续发展带来了严重的影响。本研究首先制备合成了成本较低的钠基无机膨润土(Na-bent)、还原性强、导电性好纳米零价铁(nZVI)、膨润土结合(负载、插层)纳米零价铁(B-nZVI)三种快离子导体,并对其结构进行了电导率和X射线衍射图谱分析(XRD)、环境扫描电镜(SEM)结构性能表征。结果发现B-nZVI粒子中,膨润土的层间距有所增大,说明一部分零价铁进入了膨润土层间。另一方面零价铁(Fe0)在膨润土表面分布更加均匀,能有效降低被氧化的可能性。三种快离子导体中,其导电性也最好。用三种快离子导体在相同条件下吸附降解废水。通过对这些快离子导体的结构、电导率的表征和对废水吸附降解结果对比可知,B-nZVI快离子导体性能更好。将B-nZVI快离子导体作为粒子电极,分别与石墨惰性极板和铝絮凝极板组成为三维电极系统,用三维电极法对造纸工业二沉池外排废水深度降解。并研究了电解时间、槽直流电压、极板间距、粒子电极用量、废水初始p H值等因素对废水的生化需氧量(CODCr)、色度、木素浓度等指标降解率的影响。实验得出了两种三维电极系统不同的最佳实验条件:石墨三维电极系统中最佳电解时间=50 min,槽电压=30 V,极板间距=4 cm,废水初始p H=3,粒子投加量=0.2 g时,CODCr去除率86.5%(降为40 mg·L),色度去除率83.3%,95.7%木素被去除。铝三维电极系统中电解时间=40 min,工作电压=25 V,极板距离=4 cm,粒子电极投加量=0.2 g,废水初始p H值=5,此时COD去除率为91.1%,色度去除率93.3%,木素去除率96.4%。最终,废水CODCr能降为24 mg·L,符合排放标准。而且,由于极板的工作机理不同,快离子导体在两种三维系统中重复利用性也有所不同。针对降解效果好的废水,通过气质联用仪(GC-MS)检测分析其中有机污染物的组成情况,并与原废水进行对比,并通过面积归一再积分法定性的分析出了废水处理后有机污染物的去除率,进一步证明了快离子导体在应用到三维电极系统中,对造纸废水深度降解是可行有效的。最后,探讨了B-nZVI快离子导体应用在两种不同的三维电极系统中,不同的处理废水的机理:石墨电极导电性较好,但是对废水仅有电解氧化作用,且阴极产气体量少,H2O2产量也少。Al电极不仅能起到电解氧化的作用,还能起到气浮和电絮凝的作用。两个系统中都存在电芬顿效应,这可能是其中最关键的反应机理。