中文译文-如何使用活性碳纤维阴极（电芬顿技术）从实际印染废水去除COD.doc

1、外文翻译 题目1：如何使用活性碳纤维阴极（电芬顿技术）从实际印染废水去除COD题目2：一个完整的印染废水处理系统中微生物群落的演变研究外文翻译之一如何使用活性碳纤维阴极（电芬顿技术）从实际印染废水去除COD作者：Chih-Ta Wang,Wei-Lung Chou,Mei-Hui Chung,Yi-Ming Kuo国籍：中国出处：生物资源技术概要：本试验在PAN（聚丙烯腈）基活性碳纤维阴极的基础上，利用Fe2+与过氧化氢电化学反应对实际印染废水中COD去除效率的研究。在不同的氧喷射速率，不同的电流密度，Fe2 +浓度，溶液pH值和温度的情况下对COD去除率的研究。电芬顿技术可以成功地在240m

2、in后从复杂的实际印染废水中去除超过70%的COD。随着氧气喷射速度上升到150 cm3/min的时候，COD的去除率明显增加。当施加的电流密度达到3.2mA/cm2时，COD的去除效率最高可以达到75.2%；而在高密度电流下因为副反应率的增加使得COD去除效率有所下降。结果表明，最适pH值为3。在此之后，提高溶液的pH值，COD的去除率就迅速下降；相反，COD的去除率会因为Fe2+浓度上升到2mM而增加。温度对COD的去除效率略有负面影响。引 言 纺织印染行业在台湾是主要的工业用水行业。然而，印染废水想要达到满意的处理效果通常是很困难的，因为污水有很高的色度和COD。虽然我们已经了解一些从废

3、水中去除染料的传统方法比如化学氧化，絮凝法，吸附法和生物处理法，但仍存在一定的局限性。最近，学者对电化学方法处理废水的实际应用问题的兴趣，如直接或间接电氧化，还原和电凝电吸附，一直在增加。 最有效的电化学法是通过间接介质氧化处理污染物所得到。传统的间接氧化使用氯离子作为氧化还原介质。即使它在处理某些有机物和无机物时非常有效，但在处理期间的初始阶段会有一些有毒物质的产生。然而，这些含氯化合物在水溶液中可完全矿化（电化学氧化）或氧化成为挥发性化合物。近日，一些研究人员使用了原位电化学过氧化氢氧来处理废水。然而，过氧化氢氧化对于有机污染物的分解并不是非常有效。应用紫外照射和金属催化剂可以有效地提高过

4、氧化氢的羟基自由基的氧化功率。 最近，研究表明羟基自由基的使用有可能部分或完全地破坏有机化合物。芬顿试剂，是一种过氧化氢和亚铁离子组成的酸性混合物。芬顿试剂所产生的羟基自由基具有高氧化能力，其反应机理是非常复杂的，可描述为：Fe2 + + H2O2Fe3 + + OH + OH （1） 尽管芬顿试剂氧化效率高，但要通过集中储存和运输高浓度并且含有Fe3 +的H2O2（aq）容易造成土壤污染，所以使用受到限制。在酸性介质中，通过原位电化学对过氧化氢在阴极还原氧气和Fe2 +再生，可以解决这个问题。最近几年，一些研究人员在酸性环境运用电化学还原氧已经产生了相当大的量的过氧化氢。该技术结合电化学过氧

5、化氢和增加的Fe2 +被称为电芬顿技术。明显的是，过氧化氢在阴极的产生效率是电芬顿技术至关重要的。有两种方式可使阴极的氧气含量降低，从而产生过氧化氢或水。氧的电化学还原遵从的两个或四个电子过程完全取决于阴极材料。基于碳作电极，包括石墨，玻璃碳，碳纤维和碳海绵及气体扩散电极已被用于生产过氧化氢。传统上通过电化学生产过氧化氢而使用的石墨，是因为其成本较低。然而，由于在水溶液中氧气的低溶解度，从而导致传质限制，使得效率不高。最近氧碳-PTFE扩散阴极已被广泛使用，被认为是用于产生过氧化氢 24最有效的电极。但是，气体扩散的阴极表面面积相对较小，因而不适合适用于处理大量的废水。此外，其成本高且长期运行

6、的电极容易造成气体扩散不稳定是研究的主要问题。因此，在工业应用中，价格低廉并且具有高表面积的碳纤维在生产过氧化氢工艺中是最具有吸引力的。过氧化氢电化学率显著影响着电-芬顿技术的处理效率。几个因素影响着过氧化氢的电化学效率：氧气必须首先被溶解在溶液中；其次，溶解氧转移到阴极表面，并吸附在阴极，最后在酸性介质中，随着电化学反应减缓而产生过氧化氢，可能会出现的副反应是同时在阴极降低电过氧化氢的生成率。电化学生成的过氧化氢与亚铁离子，与外部添加或减少所产生的三价铁离子或那些原本存在于溶液中具有高的氧化还原电势的离子，产生羟基自由基，根据式（1）。大多数研究者使用电芬顿技术处理印染废水的成分相对较少，染

7、料浓度低。相比之下，专注于采用电芬顿技术研究处理实际废水是有限的。这项工作是研究使用电芬顿技术处理实际印染废水的COD去除率的可行性和有效性。过氧化氢是在三维活性炭纤维布阴极产生的，而Fe2+通过外部添加。采用恒定电流模式对COD去除效率进行评价。我们着重研究三维碳纤维布阴极和几个运行参数对效率影响，如氧喷射速率，施加电流密度，溶液的pH值，Fe2+浓度和从实际的印染废水去除COD的温度。2.实验2.1 物料台湾的碳科技公司，提供PAN（聚丙烯腈）基活性炭纤维布，而阳极的铂丝从本地的金属公司购买。所有试剂均为分析纯，且没有进一步纯化。在这项工作中，氧气（纯度99.9）是从当地的一家公司购得，并

8、且其喷射速率从50到250cm3/min。2.2 实验装置和方法所有实验均在未分隔且配有两个电极的电化学电槽中进行，溶液的体积为0.5立方分米。阳极是一个直径为0.05厘米的铂丝，阴极被设计成中空圆筒形结构，包括一个大小为9cm7cm0.02cmPAN基活性炭纤维布层，在两个塑料的屏幕中，图1中所见。中空圆柱形阴极的直径和高度分别为2.9厘米和7厘米。铂丝阳极放置在中空圆柱形阴极的中心。这种设计的一个特点是使初电流或电位分布更均匀。从氧气瓶喷射出来的氧气，直接分配到中空的圆柱形阴极的底部。在所有的实验中，该溶液的磁力搅拌速率为300rpm，保持温度与恒温浴一样，并且控制测量溶液的pH值，用转子

9、流量计控制氧气流量，供给的电压为直流电源（GW，GPR-25H30D）。为了准确地测量电压和电流，电压表和电流表分别连接到所述电路中。含COD的废水用哈希分光光度计（DR5000）测量。BET的表面积（ 1558.1平方米/克）和活性炭纤维的孔体积（ 0.431立方厘米/ g）用比表面积测定仪测定（ ThermoQuest ， Qsurf系列）。图1 实验装置示意图1：电源；2：活性炭纤维布阴极；3：阳极；4：气机磁力搅拌器；5：鼓风机；6：pH值统计。这项试验中所用的废水样本取自一个位于台湾仁德村的纺织印染化工厂，然后将其存储在一个黑暗的环境中。进行电化学实验前，废水中的胶体悬浮颗粒用乙酸纤

10、维素滤纸（0.45m的细孔径）过滤除去。测定废水中的某些特征，这些数据都在表1体现，实验所需时间为240分钟。COD去除率百分比定义为：其中COD0是在实际印染废水的COD初始值。表1 废水中的特征指数3. 实验结果与讨论3.1 吸附，氧气氧化和电芬顿工艺的比较随着电化学反应产生过氧化氢，其他两种工艺-包括污染物的吸附和氧气氧化都参与了电芬顿技术在印染废水中使用碳纤维布作为阴极去除COD的过程。为了探讨研究仅使用电芬顿法后COD的去除率，本实验就对活性炭纤维上对污染物的吸附和由喷射的氧气氧化对COD的去除率的影响进行了这项研究。图2显示除去使用氧气氧化和电芬顿法的氧化就纯吸附的函数而得到的去除

11、百分比。图2由三个独立的实验获得。在氧气氧化的情况下，不通过电极就将氧气喷射入反应器中。通过吸附研究COD的去除率，即氧气将不会被喷入反应器中，而电流也会被切断。发现表明，通过简单的吸附，COD去除率很低，在240分钟的处理后也只达到2.8。虽然喷射的氧气氧化对COD的去除百分比高于简单的吸附，污染物使用氧气氧化似乎并不能有效去除印染废水中的COD。COD的去除率的百分比随着时间逐渐增加，240分钟后达到10.9，但是，其去除率在使用氧气氧化后仍然很低。相比之下，通过电芬顿法获得COD的去除率较高。在240分钟处理后，COD的去除率为75.2，这表明大部分的COD通过电芬顿技术去除是现在主要的

12、研究方向。因此，这种碳纤维布阴极被证明能够有效地产生过氧化氢，然后与Fe2 +反应，产生羟基自由基，根据式（1）。 图2 在pH 为3和温度为20C时，COD去除百分比随时间的变化对于电芬顿技术的影响 增加电流密度：3.2mA/cm2时；氧气喷射率：150cm3/min；Fe2+：2mM。对于氧气氧化：氧气喷射率：150cm3/min。对于吸附：无氧气，电流被关断。3.2 氧气喷射速率的影响图3显示的实验结果：氧喷射速率从50到250cm3/min，即50，100，150，200和250cm3/min的喷射率，且施加的电流密度为3.2mA/cm2时，COD去除百分比分别为59.3，69.5，7

13、5.2，76.3和77.1。显然，在电芬顿技术中COD去除率随着氧气喷射速率增加而增加，因为在此过程中，过氧化氢有所增加。因此COD去除效率将取决于电致的过氧化氢浓度。即，氧喷射速率的增加可提高水中的溶解氧浓度和加速氧气的传质速率，最终增加了过氧化氢产生的量。这一发现与Do等学者使用CSTER（连续搅拌釜式反应器）以及我们以前的研究相一致。此外，COD去除率在氧气喷射率超过150立方厘米后仅略微增加。该结果表明，在这项研究中，当氧气喷射速率超过150cm3/min时通过过氧化氢的电化学反应产生控制COD去除率。显然，目前的研究中施加电流密度3.2 mA/cm2，氧气喷射速率为150 cm3/m

14、in的条件是适当的。3.3 施加的电流密度的影响 为了选择合适的电流密度来测试最佳COD去除率，在施加电流密度为0.8 mA/cm2到4.8 mA/cm2的范围内进行试验。图4显示外加电流密度对废水中的COD去除百分比的影响。施加电流密度为0.8，1.6，2.4，3.2，4.0和4.8 mA/cm2时，COD去除百分比分别为19.2，49.9，62.8，75.2，73.0和64.8，最高的COD去除率在施加电流密度为3.2 mA/cm2时实现。该情况下，在电流密度小于3.2 mA/cm2时，COD去除百分比随着电流密度的增加而增加。因为增加所施加的电流密度，可以放大过氧化氢的产率，从而提高羟基

15、自由基的浓度。然而，调查结果进一步表明，当施加超过3.2 mA/cm2的电流密度时，COD的去除百分比也开始下降，这意味着过氧化氢电化学反应的速率下降。高电流密度是指施加较高的电压时的电化学系统。因此，当在阴极施加一个更高的电压时式（3）中的副反应容易发生。因此，在施加电流密度大于3.2 mA/cm2时更多的电力被浪费。图3 在50到250cm3/min不同的氧气喷射速率的条件下，COD去除率百分比施加的电流密度：3.2mA/cm2；pH值：3；加入Fe2 +：2mM；温度：20C。图4 在各种的电流密度下COD去除百分比氧气喷射速率：150cm3/min；pH值：3；Fe2 +：2mM；温度：20C。图5 在不同pH值的溶液中COD的去除率 电流密度：3.2mA/m2；氧气喷射率：150cm3/min；Fe2 +：2mM；温度：20C。3.4 溶液中PH值的影响 对于电芬顿氧化过程中，溶液的pH值，不仅是影响芬顿氧化效率的关键因素，也是对于H2O2电化学反应的一个主要参数。因此，重要的是研究在这个过程中pH值对COD去除百分比的影响。在传统芬顿工艺中，在高pH值时铁类物质开始沉淀成为铁的氢氧化物。另一方面，在较低pH值的环境中，铁类物质与H2O2形成稳定的复合物，影响了催化剂的活性。结果，氧化效率显着降低。因此，芬顿反应一般是在酸性溶液中进