论文摘要
微电解方法在难降解废水领域已经得到了广泛的研究和应用,但仍需对微电解方法包含的基础性机理问题进行深入地探索,并针对特定领域难降解废水进行性能拓展。本论文围绕微电解方法的原理与性能拓展,分别设计了双极分离式电化学反应槽、群效应验证反应槽,对内电解过程中阴阳极的电化学行为、功率特性及对污染物降解性能进行了研究,发现了内电解反应器内部铁碳颗粒间普遍存在的漏电现象、双极还原现象、群效应现象,分别能提供微电解还原有机物高效的途径与较高的局部电位,是微电解降解有机物的重要现象,并广泛存在于微电解方法中,同时在曝气微电解过程中,也具有积极的意义。基于对上述机理的研究结果,对微电解方法进行了有效拓展,发展了多种组合微电解工艺,并用于特定难降解废水的处理。针对熟化垃圾渗滤液设计了序批式内电解反应器,采用先还原再氧化的方法,实现了渗滤液的达标处理;针对医药中间体废水设计了内电解-接触氧化工艺,并顺利运行;针对微电解的电子供给瓶颈,引入外加微压,进行曝气电解,设计了基于泡沫铜材料的气体扩散电极电解反应器,并对其降解效果、降解机理进行了初步研究。本论文主要的研究工作分为以下三部分:一、微电解还原原理与氧化原理的研究通过电化学CV曲线扫描、开路电位Voc测定,验证了模拟污染物2,4-二氯苯酚（2,4-dcp）在石墨阴极的氧化还原行为、铁-石墨等微电解模拟原电池电极组的实际开路电位voc,发现铁-石墨等材料组成的原电池电极组能提供有效电势差对2,4-dcp进行降解;通过测定功率特性曲线扫描,分析了铁-石墨等模拟原电池电极组的电压-电流曲线与功率输出特性,发现上述电极组ff值均较低,存在漏电现象;通过双槽电解池分别研究了模拟原电池阴阳两极（槽）对2,4-dcp的降解行为,发现两极（槽）能同步降解2,4-dcp,进一步对其降解速率进行比较并探讨其可能存在的降解机理,推断原因为二阶铁还原与漏电导致的双槽区同步还原;通过特殊设置的群效应验证反应槽,对柱状电极组群开路电位voc受外加电极组的影响进行了研究,发现外加电极组处于电场线方向时,能有效影响开路电位voc输出,存在明显的群效应现象,该现象可能导致内电解颗粒存在局部高电位,能降解高过电位难降解有机物。对内电解反应器实施曝气后,检测到了4×10-4m的过氧化氢,表明曝气后内电解反应床可通过强氧化的fenton反应降解污染物,存在内电解-fenton机理。二、序批式内电解处理熟化垃圾渗滤液的研究通过对熟化垃圾渗滤液的特性测定,发现熟化垃圾渗滤液异常稳定,常规氧化方法效果不佳。针对熟化垃圾渗滤液的特征,开展了微电解方法的拓展研究。融合还原性普通内电解与氧化性曝气内电解两种运行方法,组成组合处理工艺,采用先还原再氧化的处理思路,并结合plc（programmablelogiccontroller）自控系统,效仿活性污泥sbr（sequencingbatchreactor）方法设计了序批式内电解反应器,用于熟化垃圾渗滤液的处理。研究表明先还原再氧化的组合工艺,能突破常规还原或者氧化等单一处理工艺的瓶颈,有效提高cod、色度的去除率,并维持腐殖酸去除率在高水平;序批式反应器设计简洁、自动化程度高,出水cod去除率较高,能使熟化垃圾渗滤液达标排放。采用铁碳分段式组合内电解-接触氧化工艺对山东某医药中间体废水进行实际工程处理,设计了日处理量达80立方的试验工程,运行效果良好。三、泡沫铜气体扩散电极微压降解活性艳红的研究针对微电解的电子供给瓶颈,引入外加微电压,进行曝气电解。通过粉末烧结技术,合成高导电率低密度的多孔泡沫铜电极材料,用作气体扩散阴极。对活性艳红x-3b模拟染料废水进行2v微电压降解试验,并通过与普通铜阴极等材料的对比,发现泡沫铜材料的性能降解性能优于普通铜阴极;对反应中的过氧化氢检测表明,有较高浓度的过氧化氢产生;分别通过补充二价铁离子与三价铁离子,形成fenton反应,反应产物经uv-vis扫描、lc-ms等检测,结果表明染料结构中对应的苯环、萘环和三嗪结构被破坏,反应产生·oh,强化了处理效果。论文认为在对微电解机理研究中发现的双极（槽）还原机理与群效应现象广泛地存在在微电解工艺中,是微电解方法降解有机物的重要原理之一。特别是电势的群效应现象,该现象可导致铁-碳微电解反应器内存在局部高电势,这是对之前以单电极组为研究对象得出微电解反应器内的电势分布是均匀理论的有益补充。由此可以得出原先提出的微电解反应器不能降解高过电位难降解化合物是不完整的,群效应产生的局部高电势可以降解高过电位难降解化合物,是从全新的角度对微电解反应器内部电势分布进行的新的诠释。针对熟化垃圾渗滤液设计的序批式内电解反应器与制药废水设计的内电解-接触氧化工艺成功地引入了组合内电解方法,拓展了传统内电解方法的应用。引入的新型泡沫铜多孔阴极扩散电极,具有良好的微压气体扩散电解性能,有效地突破了内电解中电子供给不足的问题。论文的研究初步表明泡沫铜材料在废水微电压低能耗电解处理领域具有一定的应用前景。