套筒型生物催化電解裝置強(qiáng)化偶氮染料還原脫色效能研究.pdf

1、生物電化學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)⑸锏碾娀瘜W(xué)活性和降解功能結(jié)合，可利用電極去除一些具有氧化性或還原性的污染物，已逐漸成為一種新型的廢水處理技術(shù)。生物催化電解技術(shù)作為生物電化學(xué)系統(tǒng)的一種形式，僅需外加較小電壓，即可加速污染物氧化還原過(guò)程，減小電子供體需求，在污染物降解方面更具有潛力和開(kāi)發(fā)價(jià)值。我國(guó)紡織印染行業(yè)廢水量大、面廣、治理難，尤其是偶氮染料脫色難、易復(fù)色等問(wèn)題亟待解決。本研究提出采用生物催化電解技術(shù)對(duì)偶氮染料進(jìn)行降解，并針對(duì)強(qiáng)化偶氮染料降解過(guò)程

2、中存在的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究，取得了一些創(chuàng)新性的研究成果。
　　針對(duì)降低反應(yīng)器內(nèi)阻，提出并構(gòu)建了一種套筒型生物催化電解裝置，用于強(qiáng)化偶氮染料還原脫色。利用雙室和單室兩種型式證實(shí)了套筒構(gòu)型裝置的優(yōu)越性。在雙室套筒型生物催化電解裝置中，當(dāng)陰極液中酸性橙濃度由50mg/L增至700mg/L時(shí)，偶氮染料的脫色可以高達(dá)98％，可以實(shí)現(xiàn)染料的預(yù)處理，并在脫色效果和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)上具有明顯優(yōu)勢(shì)，耐負(fù)荷高。在單室套筒型生物催化電解裝置中，構(gòu)型的差異性實(shí)際

3、是以電極排布方式的不同來(lái)展現(xiàn)，當(dāng)改進(jìn)水平式電極排布為環(huán)繞式電極排布時(shí)，偶氮染料在11h時(shí)的脫色率從87.牡1.3%升髙至97.5±2.3%，同時(shí)內(nèi)阻由236.6Q降至42.2Q。結(jié)果表明優(yōu)化電極排布方式為環(huán)繞式可加快脫色效率，尤其是在生物催化電解裝置中表現(xiàn)最明顯。改進(jìn)生物催化電解裝置構(gòu)型為套筒型，陰陽(yáng)極電極距離減小，陰陽(yáng)極相對(duì)面積增大，電荷傳遞面積增大，有利于內(nèi)阻的降低，而內(nèi)阻的降低有利于電子傳遞，最終實(shí)現(xiàn)了偶氮染料的高效脫色，這對(duì)利用

4、生物催化電解技術(shù)降解偶氮染料具有非常重要的意義。
　　針對(duì)反應(yīng)器構(gòu)型優(yōu)化，以陰極為工作電極，深入探討了工作電極放置在套筒的內(nèi)筒或外筒的脫色規(guī)律，建立了外筒陰極強(qiáng)化脫色過(guò)程的組裝模式。當(dāng)陰極室和陽(yáng)極室的體積相同或陰極室體積增大2倍時(shí)，工作陰極在套筒構(gòu)型的外筒效果均優(yōu)于內(nèi)筒，外筒陰極室的脫色率分別為97.8±2.1%(7h)和94.0±2.3%(23h)。電流和內(nèi)阻分析表明陰極置于外部區(qū)域更有利于質(zhì)子或電子傳遞。采用增加底物供應(yīng)策略，

5、有效克服了放大工作體積存在的電荷傳遞和擴(kuò)散阻力大的問(wèn)題，改善了外筒工作陰極體積放大化的生物催化電解裝置的脫色性能。這對(duì)于套筒構(gòu)型的選用及工藝優(yōu)化和維護(hù)具有非常重要的意義。
　　為了強(qiáng)化偶氮染料的厭氧脫色效能，提出構(gòu)建生物催化電解厭氧耦合工藝，將套筒型生物催化電解模塊內(nèi)置于厭氧工藝的新思路。研究表明，生物催化電解模塊對(duì)厭氧工藝具有增效作用，耦合工藝的脫色動(dòng)力學(xué)常數(shù)為0.54h"1,比單一的生物陰極的0.39h"1高1.4倍，比單一厭

6、氧活性污泥的0.01h"1高54.0倍。其中生物催化電解模塊對(duì)偶氮染料脫色起主導(dǎo)作用，厭氧活性污泥對(duì)化學(xué)需氧量去除有重要作用。將生物催化電解模塊內(nèi)置厭氧工藝可發(fā)揮生物催化電解模塊和厭氧工藝各自的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于偶氮染料降解具有非常重要的意義。
　　為了充分發(fā)揮耦合工藝中生物催化電解模塊和厭氧工藝的協(xié)同作用，以提高偶氮染料的降解效率，對(duì)生物催化電解裝置和厭氧工藝的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)，生物催化電解模塊對(duì)厭氧工藝降解增效的最佳優(yōu)化