通过氧化还原电位（ORP）电氧化法对印染废水反渗透精制处理外文翻译资料

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通过氧化还原电位（ORP）电氧化法对印染废水反渗透精制处理

Jiade Wang^a , Tian Zhang ^a , Yu Mei ^b , Bingjun Pan ^a , *

a浙江工业大学环境学院，浙江杭州310014

b浙江树人大学生物与环境工程学院，浙江杭州310005

强调

COD，TN和色度的去除效率与Q_SP呈正相关。

在一定的电流密度下可以获得最佳的电流效率。

发现ORP与COD / Cl^-去除效率Q_SP之间的良好相关性。

开发出的恒定ORP系统大大提高了能源效率。

文章历史：

2018年1月22日收到

修改后的2018年3月6日收到

2018年3月7日接受

网上提供2018年3月8日

处理编辑：E. Brillas

关键词：

反渗透浓缩液（ROC）

印染废水电氧化工艺

氧化还原电位（ORP）

恒定ORP系统

摘 要

印染废水中的反渗透浓缩物（ROC）仍然是一个令人生畏的环境问题，其特点是盐度高、化学需氧量（COD），色度和生物降解性低。 在这项研究中，电氧化过程（PbO₂/ Ti电极）与氧化还原电位（ORP）在线监测器联用，用于消除这样的ROC废水。 结果表明，随着特定电荷量（Q_SP）的增加，COD，TN和色度的去除率在初始阶段显着增加，然后达到平缓阶段; 在电流密度为10mA/cm²（Q_SP，3.0Ah/L）下获得最佳总电流效率（12.04kWh/m³）。 同时，一些无机离子可以得到不同程度的去除。FTIR分析表明大分子有机物被分解成更小的分子。 建立了ORP和Q_SP，COD和Cl^-浓度之间的多参数线性关系，可以定量反映电流密度，氯离子浓度，污染物和反应时间对电氧化系统性能的影响。与传统的恒定电流系统相比，本研究中开发的恒定ORP系统（通过具有ORP监测的BP神经网络模型）大约将能源成本降低了24％—29％。 预计目前的工作将为优化电氧化过程提供潜在的选择。

copy;2018 Elsevier Ltd.保留所有权利。

1. 介绍

反渗透工艺已广泛应用于印染废水处理，因为它可以有效隔离各种有机/无机污染物以及生物成分。 经过处理后，大部分原料流可直接用于印染工序，而印染废水中以顽固有机物、高硬度、高盐度为特征的残留反渗透浓缩物（ROC）不能直接排放，仍然存在严重的环境风险。

已经提出了许多常规技术来进一步消除顽固的ROC废水。 然而，物理和化学处理方法如凝结，膜蒸馏和吸附（最终会造成二次污染，其中大部分来自废物处理成本高。生物化学方法也不是终结治理的良好选择，因为ROC废水中生物降解性非常低且盐度高。 先进的氧化过程如臭氧化，非均相光催化和在经济上不可行并且需要额外的试剂。 在现有的处理方案中，电氧化已被广泛应用于ROC去除。ROC废水中的高含量盐确保了良好的导电性并且可以降低电解期间的电池电压。 此外，ROC废水中的主要组分氯化物可作为活性氯来源，从而增强电氧化过程中的间接氧化。发现通过使用Co掺杂的PbO₂阳极，在80mA/cm²的电流密度下，COD的去除效率可以达到59.35％。研究了高盐度ROC废水中COD的降解情况，发现用IrO₂-RuO₂/ Ti电极在3.0 Ah/L电氧化几乎可以完全去除COD。据报道，使用硼掺杂金刚石（BDD）作为工作电极，在1.5 Ah/L特定电荷下，印染废水ROC中70％COD和75％氨氮被去除。

然而，电氧化工艺的能源成本仍然是制约其在废水深度处理中广泛应用的主要因素。 相应地进行了各种研究，发现优化电极材料和开发新反应堆可以提高电流效率，从而降低能耗。还发现增加废水中的电解质浓度可以提高当前的效率并节约约32％的能源消耗。幸运的是，印染废水的ROC通常伴随着高电解质浓度。另外，由于当前效率取决于电流密度并且受废水组成的影响，所以在操作过程中最佳电流密度通常是波动的。另外，电氧化过程中电生成的活性羟基（作为功能氧化物质）很难在线监测。

自20世纪80年代以来，氧化还原电位（ORP）已被报道为一些废水深度处理的重要指标，如Fenton剂量控制，氧化沟工艺中的同时硝化—去氧化和用于三氯乙烯降解的纳米级零价铁工艺。在ORP，操作参数和处理效率等方面建立了定量关系，优化化学药剂用量，指导污水处理厂运行，节约运行成本和能耗。与电流密度相比，ORP被认为是电芬顿过程最佳操作的更合适的指标。在电氧化过程中，ORP也是探索电极表面或溶液中物质氧化还原效应的关键因素。然而，直到现在还没有文献报道氧化还原电位与电氧化过程中处理效率之间的关系。

本研究采用不同的操作参数考察了电氧化法处理实际印染废水ROC效果的COD，TN和色度的去除效果。 傅里叶变换红外光谱（FTIR）用于分析电化学氧化大分子有机物的降解。 同时，在电氧化过程中也检测了ROC废水中无机离子的去除。 最后，最佳响应间隔和Q_sp，COD和氯离子浓度的定量关系旨在验证降低能耗的可能性。

2.材料和方法

2.1印染废水ROC效应特征

ROC废水是从（中国浙江）一家印染工厂收集而来的，该工厂建成了一座排污能力为12000T/d的污水处理厂。通过微滤（MF）和反渗透（RO）处理，65％的废水被重新用作生产用水，35％的总废水（ROC）排入公共污水处理厂进行进一步净化。ROC废水的主要特征列于表格1。 简言之，COD值为272plusmn;10 mg /L，总溶解固体（TDS）为8490 mg/L，超过了5000 mg/L的适宜生物降解值，尽管有些微生物据报道在更高的TDS浓度下维持代谢活性。 此外，由于好氧反应器中的硝化，ROC废水还含有大约40 mg/L总氮（TN，其中大部分是硝酸盐）。

ROC废水中的溶解固体通过离子色谱进一步分析。如图所示表格1，主要阴离子为Cl^-（1471.8 mg L^-1）和SO₄^2-（4739.9 mg /L），主要阳离子为Na （4330.5 mg/L）和K （40.6mg/L）。 高浓度的TDS和氯化物会抑制生物过程中的生物活性，但有利于电氧化过程。高盐度可以提供优异的导电性以减少能量消耗，并且高氯含量通过增加活性氯（Cl₂，HOCl）促进有机物的间接氧化，并且因此改善了电流效率。

2.2. 电极选择

工作电极是电氧化过程中的关键部分。表SM-1比较了氧气释放潜力（OEP），污染物的去除效率和几个商用电极的电极寿命。也就是说，BDD电极的OEP最高为2.3V，但它更昂贵。IrO₂/ Ti电极和RuO₂/ Ti电极的OEP值较低（1.6—1.65 V），COD去除性能较差。 SnO₂-Sb₂O₅/ Ti和PbO₂/ Ti具有相同的OEP值1.9V。然而，SnO₂-Sb₂的工作寿命和COD去除效率O₅/ Ti比PbO₂/ Ti差。 此外，PbO₂/ Ti的价格比BDD，SnO₂-Sb₂O₅/ Ti和RuO₂/ Ti便宜。 因此，选择PbO₂/ Ti作为实验电极。

表格1

ROC废水的一般特征。

2.3. 电氧化实验

实验室规模的反应器有效容积为0.82 L如图所示构建图1。阳极是钛基二氧化铅（PbO₂/ Ti），阴极是具有相同尺寸10cmtimes;15cm的钛网板。阳极的有效面积为300cm²并且阳极和阴极之间的电极间隙为1.0cm。直流电流转换器（MPS 601，Tradex，美国）用于向电极输送电力。 ORP探针（中国三鑫）和pH电极（中国三鑫）安装在电解槽中，用于在线监测电氧化过程中的ORP / pH值。 将探头和直流转换器都连接到计算机上，利用Matlab的软件获取数据并控制特定的电荷输入。为了在电解质中提供良好的传质，使用硅橡胶管和蠕动泵建立了废水循环系统。设计了5个电流密度（5,10,15,20和25 mA/cm²），以观察特定电荷对电解效率的影响。COD，TN，色度和无机离子进行了评估电氧化的效果。ROC废水连续循环，每次取6.0ml等份的上清液。 所有电解过程都是在不加任何添加剂的情况下进行的化学试剂。

构建图1：电氧化实验装置图

2.4. 分析和计算方法

样品的COD值根据中国环保署的标准确定。特别是，样品与适量的去离子水K ₂ Cr ₂ O ₇ , Ag ₂ SO ₄ /H ₂ SO ₄ 和 HgSO ₄混合，（注意氯离子的干扰），混合溶液在1500℃下消化2小时，然后用UVevisible分光光度计（DR6000，HACH）在440nm波长处测量。色度是通过稀释法测量的，意思是当稀释样品的颜色几乎不可见时，通过纯水稀释样品的时间。通过电导率仪（Five Easy Plus，Mettler Toledo，Switzerland）测定电导率和总溶解固体（TDS）的值。通过离子色谱法（Dionex ICS-2000，USA）测量无机离子的浓度。电解前后有机物的分子结构通过傅里叶变换红外光谱（FTIR，Nicole 6700，thermo，USA）测定。

通过等式计算特定去除单位水中的污染物（R，mg /L）和特定电荷（QSP，Ah/L）中的污染物（1）和（2），分别：

(1)

——电解样品的浓度

——是电解样品的浓度

时间0和t（mg/ L）;

(2)lt;

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