電化學(xué)處理焦油深加工廢水資源化研究及應(yīng)用.pdf

1、煤是我國的基礎(chǔ)能源，在發(fā)電過程中產(chǎn)生大量的粉煤灰廢棄物;現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)過程也產(chǎn)生大量有毒有害廢水。資源化處理作為廢物處理的有效策略，可降低廢物排放帶來的污染，同時回收其中的資源。本文針對煤化工生產(chǎn)中產(chǎn)生的焦油深加工有機(jī)廢水，建立電化學(xué)氧化耦合產(chǎn)氫新體系，處理廢水同時回收氫氣，研究有機(jī)物降解耦合產(chǎn)氫機(jī)制，以期強(qiáng)化有機(jī)物處理能力并降低成本;另一方面，創(chuàng)新性地提出煤發(fā)電廠產(chǎn)生的高鋁粉煤灰和生物質(zhì)等固體廢棄物的資源化利用新途徑，即通過吸附過渡金

2、屬離子后直接制備復(fù)合催化劑強(qiáng)化焦油深加工廢水電化學(xué)氧化處理，實現(xiàn)低成本“以廢治廢”的目的。本論文主要研究的內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　首先，通過新體系中進(jìn)行苯酚電化學(xué)氧化降解耦合產(chǎn)氫的實驗結(jié)果表明，新體系中收集氫氣濃度大于98％，且苯酚類有機(jī)物存在會增大產(chǎn)氫量;苯酚降解滿足一級動力學(xué)方程。3V電壓時，苯酚降解、COD去除、產(chǎn)氫量、動力學(xué)、有機(jī)物降解電流效率(ICECOD)、能量效率以及有機(jī)物轉(zhuǎn)化產(chǎn)氫(YH2)都可以分為三個階段;結(jié)合LC

3、-MS和UV對三個階段進(jìn)行了深入探討。每個階段COD去除動力學(xué)都可以用一級動力學(xué)方程描述，動力學(xué)常數(shù)隨著時間的增加而增大，分別為1.86，4.11和7.77×10-3 h-1。陽極區(qū)ICECOD在前兩階段先從0.326緩慢升高到0.357再快速升高到0.471，到第三階段急劇下降到0.018。陰極區(qū)YH2在第一階段從2.629 L H2/g COD增大至3.168 L H2/g COD，隨之在第二階段降低到2.416 L H2/g CO

4、D。增大電解電壓可以提高苯酚降解和COD的去除速率，同時增大產(chǎn)氫量和產(chǎn)氫速率，但I(xiàn)CECOD、YH2以及氫氣能量效率都隨之下降。
　　另一方面，利用準(zhǔn)格爾地區(qū)的高鋁粉煤灰和北方的松木粉吸附凈化含有過渡金屬的廢水。表征結(jié)果表明高鋁粉煤灰(FA-A)的主要成分為SiO2和Al2O3(＞50％)，具有很高的化學(xué)和熱穩(wěn)定性;松木粉生物質(zhì)(SD-C)的主要成分為C、N、O，利于過渡金屬離子的吸附。利用FA-A和SD-C吸附過渡金屬鎳離子的研

5、究結(jié)果表明，F(xiàn)A-A和改性后的SD-C對鎳離子的吸附量受pH的影響較小;吸附量隨初始濃度的升高而升高，隨投加量的增大而降低;FA-A和SD-C對鎳離子的吸附分別符合Langmuir和Langmuir-Freundlich等溫模型和二級吸附動力學(xué);吸附過程的初期是由外部傳質(zhì)和內(nèi)部擴(kuò)散控制。
　　第三，利用吸附過渡金屬離子后的FA-A和SD-C直接制備催化劑及其在電化學(xué)氧化中應(yīng)用研究結(jié)果表明，F(xiàn)A-A具有化學(xué)穩(wěn)定性和鋁含量高特性可作為

6、載體，SD-C作為致孔劑可以制備復(fù)合催化劑并增大催化劑的比表面積;復(fù)合催化劑的加入將COD去除率從30％提高到近60％;高濃度苯酚電催化氧化降解耦合產(chǎn)氫過程中，復(fù)合催化劑的加入將降解時間從504 h縮短至144 h，COD去除率接近100％，產(chǎn)氫速率提高了近10倍;與未添加復(fù)合催化劑結(jié)果相比，增大電壓和添加復(fù)合催化劑都可強(qiáng)化有機(jī)物的去除和產(chǎn)氫，但從電流效率和能耗上考慮，加入催化劑進(jìn)行電催化氧化更合適;復(fù)合催化劑條件下，苯酚的降解機(jī)理主要

7、是氧化/催化降解，同時還有一定的吸附/電吸附作用。因此可以看出，F(xiàn)A-A和SD-C廢棄物吸附過渡金屬離子后可以直接制備催化劑應(yīng)用到有機(jī)物電化學(xué)氧化降解過程中，實現(xiàn)以廢治廢、固體廢棄物資源化利用。
　　最后，根據(jù)苯酚的降解歷程，從能耗、效率和經(jīng)濟(jì)性角度確定利用電化學(xué)將有機(jī)物進(jìn)行開環(huán)氧化，并與生化和深度處理組合處理焦油深加工廢水;將復(fù)合催化劑電化學(xué)氧化處理應(yīng)用到實際焦油深加工廢水處理工藝中，作為預(yù)處理過程可以有效地降低廢水中的有機(jī)物，