韩冬妮

（江苏诚智工程设计咨询有限公司 江苏徐州 221018）

引言

填充床电极反应器（Packed-bed Electrode Reactor,PBER，俗称三维电极）的出现统一解决了传统反应器存在的反应面积和传质距离所引发的问题，可强化该反应器的电催化氧化效果。

通过实验结果并考虑所选择材料工程可行性确定了PBER的最优构型，即IrO2-Ta2O5/Ti阳极和AC填料，并对反应器操作条件中的进水流速进行了优化分析，以提高难降解有机废水处理效果。

废水的流速直接决定废水在反应器中的停留反应时间，流速越小，反应时间越长，有机物可以得到更为彻底的氧化。但对于反应后期较低浓度的废水，一味延长停留时间，会增加副反应的发生，导致电流效率和能耗的下降。增加流速在一定程度上可以增加液相的湍流，从而强化传质过程。而且快速运动的液流有可能把副反应产生的气泡带出床层，避免其在金属极板及填料表面累积成大气泡，减少反应面积。

在电流密度80A/m2、3%(质量浓度，w/w)Na2SO4、原水苯酚浓度600mg/L的条件下，改变进水流速进行实验。

比较不同流速的出水处理情况可得，当流速在适宜的范围内，有机物去除率相差不大，与流速基本无关。尤其是在t<1.68h时，0.6L/h和0.8L/h的出水COD去除率基本一致。这可能由于适宜流速下，有机物氧化进程处于反应控制状态，所施加的电流均用于降解污染物，使得有机物去除量保持为定值。但当流速超出范围，如为1.1L/h时，有机物去除率表现为大幅度下降，虽然按照理论分析，反应进程仍应处于反应控制状态，但由于过大的流速可能使得有机物无法在短时间内固着在填料上，而很难发挥填料拓展阳极的作用，污染物将会随出水流出反应器，致使处理效果下降。

苯酚的去除率变化与COD去除率变化趋势相同，对比可以看出，在1.68h之前，流速0.6L/h的苯酚去除率均高于流速为0.8L/h的苯酚去除率，两者的COD去除率是基本相同的。大分子苯酚在电催化氧化过程中被降解为苯醌、乙二酸等小分子，再被降解为二氧化碳和水，从而完成COD的去除。出现上述现象，是因为在填充床电极反应器的床层中小分子的转移更容易发生。流速为0.8L/h时，苯酚降解生成的小分子在高流速下迅速转移到反应界面被降解，而苯酚本身并不能快速完成迁移。

各个时段的平均电流密度及能耗如图1-1所示，随着反应的进行，反应进入复相及扩散控制状态，副反应的发生使平均电流效率呈下降趋势。不同流速之间的ACE对比发现，流速为0.6L/h时电流效率较低，流速1.1L/h反应后期ACE均略高于流速0.8L/h的。虽然流速较低时废水的处理效果好，但电流利用率低，存在较大的能量浪费。且三种流速下的ACE变化趋势均较为相似，并且与图1-1中电流密度为100A/m2的ACE变化曲线相似。这说明ACE的变化趋势与电流密度相关，而与流速的变化关系不大。而且，能耗随着反应时间的增加而逐渐提高，不同流速下电催化氧化过程的能耗变化趋势相同。流速增加反应所需的能耗随之降低，但流速增加到某定值后继续增加，处理成本将会提高；如流速1.1L/h的能耗高于流速0.8L/h的能耗。可知，电流密度恒定之后，流速对能耗的影响小于电流密度，三种流速下处理废水4h的能耗均低于65kW·h/kgCOD，且相差不大。

图1 流速对电流效率、能耗的影响

结语

综上可以看出，在进水流速为0.6L/h时，获得了最高的苯酚及COD去除率，且其能耗和电流效率均与高流速下相差不大，故本实验综合考虑电催化氧化效果，电流效果和能耗确定最佳的进水流速为0.6L/h。