电催化—活性污泥法组合工艺降解废水中苯酚的试验研究

　　摘要：采用电催化－活性污泥法组合工艺处理含苯酚废水。实验结果表明，在苯酚的初始浓度为550mg/l，MLSS为3000mg/l，PH值为7.0，电压为5.0V，电解质NaSO4的投加量2.0g/l的条件下，组合工艺对苯酚的去除效果最好，其去除率在5.2小时的反应时间内可以达到99.20％。
　　关键词：电催化；活性污泥；苯酚；废水处理
　　
　　
　　在污水处理当中，由于许多好氧菌及微生物可利用苯酚作为生长的碳源，所以活性污泥法是常用的去酚方法；近年来，电催化氧化技术已经开始应用于环境有机污染物如苯酚的处理。电催化技术处理效率高、操作简便、易实现自动化、环境兼容性好。而将活性污泥法与电催化氧化技术有机结合起来处理含苯酚废水，从而进一步提高去除率的研究，引起了研究者的注意。
　　本工作分别通过活性污泥法与电催化法处理含苯酚溶液，考查了污泥浓度（MLSS）、苯酚初始浓度、PH值、温度、电压、电解质等因素对有机物降解率的影响，从而确定组合工艺的工作条件，最终考察电催化—活性污泥法组合工艺对废水中苯酚的降解效率。
　　1 实验部份
　　1.1废水水质
　　实验用水为用分析纯苯酚与自来水配置的不同浓度的苯酚溶液。
　　1.2试剂和仪器
　　苯酚、硫酸钠：分析纯。
　　ACO-012型电磁式空气压缩机：浙江森泰实业有限公司；DP-130微型高压隔膜泵：上海磁力泵业制造有限公司；0.3～3m3/h气体转子流量计：余姚市金泰仪表有限公司；HDQ-2改进型曝气软管：北京宏大弘升科技发展有限公司；721型紫外分光光度计：日本SHZMADZU公司；WYJ-3002A直流稳压电源：上海全力电器有限公司；电极板：江苏枫港。
　　1.3实验装置
　　反应器的材质为有机玻璃，长600mm，宽500mm，高600mm，有效容积150l，其底部均匀分布曝气软管。废水是通过配水箱配水以后泵提进入反应器，反应器中的活性污泥通过鼓风机曝气为微生物提供代谢所需氧气，同时反应器中的液体通过曝气达到均质、均量；反应同时反应器中设置了由稳压直流电源来改变电压的催化电极板；废水中所含的苯酚则通过微生物与电催化的双重作用进行降解去除。
　　1.4分析方法
　　采用分光光度法对苯酚试样的吸光度进行测定，进而计算苯酚的降解率。
　　2 结果与讨论
　　2.1MLSS对降解率的影响
　　在同是苯酚浓度为550mg/l，PH值为7.0，温度为25℃的条件下，污泥浓度对苯酚降解率的影响见图1。由图1可见，随着污泥浓度的增加，苯酚的降解率提高。这是因为污泥浓度的增加，相对微生物的含量也增加，那么微生物对营养物质的需求量也随之增加，因此，单位时间内苯酚的降解率随着污泥浓度的增加而增大，那么高污泥浓度降解同等浓度苯酚所需的时间就缩短。
　　
　　2.2苯酚初始浓度对降解率的影响
　　在污泥浓度同是3500mg/l，PH为7.0,温度为25℃的条件下不同浓度苯酚溶液去除率随时间变化见图2。由图2苯酚初始浓度为550mg/l，855mg/l，1500mg/l的溶液，其降解效率达到99％以上分别需要8小时、12小时、35小时，所以可以得出，苯酚浓度越大，完全降解所需的时间越长，单位时间的降解效率越低。
　　2.3PH值对苯酚降解率的影响
　　由于微生物的生化反应过程与酶的催化作用是密不可分的，而酶的基本成分是蛋白质，是具有离解基团的两性电解质，PH值主要影响酶的离解过程与基质电离状况，进而影响酶的催化活性。所以本工作中考察了初始条件同为苯酚浓度为550mg/l，污泥浓度为3500mg/l，温度为25℃，PH值分别为6.0，6.5，7.0，8.0，9.0的情况下苯酚的降解率，见图3。由此可见在PH值为6.5～8.0的范围内，活性污泥的降解性能较好，苯酚的降解效率较高。
　　
　　2.4温度对苯酚降解率的影响
　　在微生物的生理活动中，温度是一个至关重要的因素，温度适宜于否不但影响微生物的代谢活动，同样影响氧的转移速度和固体物质的沉降性能。那么，考察温度对苯酚的降解效率势在必行，在初始条件为苯酚浓度为550mg/l，污泥浓度为3500mg/l，PH值为7，选择20℃，25℃，30℃，36℃，42℃五个不同温度，苯酚的降解率在30℃时最高，在25℃和36℃时较快，在超出此范围，微生物的活性明显受到抑制，降解效率明显降低。
　　2.5电压对苯酚降解率的影响
　　在电催化工艺中考察不同电压下对苯酚降解率的影响。随着时间的增长，电压越高，苯酚的降解效率越高，其降解的速度也越快。同是初始条件为苯酚浓度为200mg/l，PH值为7.0，降解时间为10小时，在10V电压下，苯酚的浓度降低181.25mg/l，而在3V电压下，苯酚浓度仅仅降低4.6mg/l。
　　2.6电解质对苯酚降解率的影响
　　水中所含电解质的多与少，直接影响到废水的导电能力、电压和电能的消耗。由于本实验的用水为配置模拟废水，本身不含无机盐，所以投加NaSO4做为电解质。在初始条件为苯酚浓度为200mg/l，电压为5V的条件下投加浓度分别为1.0，2.0，3.0和5.0g/l的NaSO4，来考查电解质浓度对苯酚降解率的影响，从而最终确定电解质的最佳投加量。电解质含量1.0～3.0g/l时，苯酚降解率由7.4％增大到19.95％，逐渐提高；当电解质含量增加到5.0g/l时其降解率降低为18.80％。所以电解质NaSO4的最佳投加量为3.0g/l。
　　2.7组合工艺条件的确定
　　基于以上对实验影响因素的考察，从工程成本、降解效率等方面的考虑决定，组合工艺的初始条件确定为苯酚初始浓度为550mg/l，MLSS为3000mg/l，PH值为7.0，电压为5.0V，而电解质含量从投入2.0g/l与3.0g/l电解质相比，其去除率仅仅降低1.05％，考虑投入到实践中的工程成本与微生物的耐盐力等因素，选择2.0g/l为投加电解质NaSO4的最佳量。在活性污泥反应器中投加电解质后使微生物逐渐适应的同时提高电极电压，完成污泥驯化后，同时考察活性污泥法、电催化法、电催化—活性污泥组合法降解苯酚的对比实验，其苯酚随时间的降解率如图4所示：其组合工艺对苯酚的降解率高于两种单一工艺的降解率的加和；两种工艺的组合，不但不会相互抑制，反而可以促进降解效率的提高。
　　
　　3 结论
　　1）采用电催化—活性污泥法组合工艺降解苯酚的工艺条件为Cphenol＝550mg/l，MLSS＝3000mg/l，PH＝7.0，U=5.0V，QNaSO4＝2.0g/l，工作时间为5.2小时，其苯酚的降解率可达到99.20％；
　　2）电催化法、活性污泥法两种单一工艺的相互抑制作用很小，所以其组合工艺是一种高效的新型处理工艺；
　　3）在实验中未提及的其它影响因素需要进一步的实验研究。
　　
　　参考文献
　　【2】 周明华，吴祖成，含酚废水的电催化降解,化工学报，2002，53(1)：40～44
　　【3】 刘烈炜，赵志祥，沈晓虹等，电解法降解水中有机污染物的研究进展，环境科学与技术，2003，26(3)：60～62
　　【4】 李占臣，韩雪，张丽霞，朱桂艳等，超声辐射法降解废水中的二甲苯、苯酚和丙烯腈，化工环保，2007，27(4):305～308