由圖3可知，隨著電流強(qiáng)度的增大，硝基苯出水的濃度降低，去除率也在不斷增大。當(dāng)電流強(qiáng)度達(dá)到2.0A時(shí)，硝基苯的去除率趨于穩(wěn)定，此時(shí)再增大電流，去除率的增加不明顯。初步分析其原因，一方面隨著電流強(qiáng)度的增加，溶液中的·OH濃度上升，硝基苯的去除率也上升，當(dāng)吸附的·OH達(dá)到一定值后，失活增多，從而限制了去除率的進(jìn)一步提高。另一方面在電催化氧化硝基苯的過程中，主要的競(jìng)爭(zhēng)副反應(yīng)是發(fā)生在陽(yáng)極表面及其附近的水分解反應(yīng)，即O2逸出，反應(yīng)式如下[12]：

2H2O-4e→4H++O2↑

因此，為促使反應(yīng)進(jìn)行并提高電氧化效率，必須保證陽(yáng)極具有較高的O2逸出電位，在電催化反應(yīng)器中，隨著更多的O2微氣泡的產(chǎn)生，促使溶液進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流，而且加速了液相傳質(zhì)速度。同時(shí)由于活性炭本身既可對(duì)硝基苯進(jìn)行表面吸附，加速反應(yīng)速度，還可起到催化作用。這一切，都加速了反應(yīng)速度，使得電解反應(yīng)加速進(jìn)行，同時(shí)對(duì)活性炭進(jìn)行解吸。當(dāng)吸附、解吸、電解達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)去除率達(dá)到穩(wěn)定[13]。

從圖3可以看出，施加在反應(yīng)器上的最佳電流強(qiáng)度為2.0A。

2.3停留時(shí)間對(duì)硝基苯去除率的影響

硝基苯廢水固定進(jìn)水濃度，在反應(yīng)器通以最佳電流強(qiáng)度2.0A的情況下在反應(yīng)器中停留不同的時(shí)間，測(cè)定其出水濃度。試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，硝基苯去除率隨著停留時(shí)間的增加而增加，反應(yīng)時(shí)間在15～80min內(nèi)硝基苯去除率增加較快，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為80min時(shí)硝基苯去除率達(dá)到97.71%，80min以后硝基苯去除率趨于平緩并略有下降，這是由于硝基苯的去除趨于完全所致，因此再增加停留時(shí)間對(duì)硝基苯的去除率影響不大。

2.4進(jìn)水質(zhì)量濃度對(duì)硝基苯去除率的影響

在不同停留時(shí)間，電流強(qiáng)度=2.0A情況下，不同的進(jìn)水質(zhì)量濃度在反應(yīng)器中處理，測(cè)定其出水濃度。試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出，通過相同的電量時(shí)，硝基苯的去除率隨著進(jìn)水的質(zhì)量濃度上升而增加，在濃度低于125.70mg/L時(shí)，硝基苯的去除率基本呈線性變化，當(dāng)濃度高于125.70mg/L時(shí)，隨著濃度的上升去除率不再明顯提高，個(gè)別情況當(dāng)停留時(shí)間t=15或30min時(shí)，硝基苯去除率甚至略有下降。分析其可能的原因，一方面由于反應(yīng)受制于反應(yīng)過程中產(chǎn)生的自由基的濃度，相同面積的電極在單位時(shí)間內(nèi)生成的自由基的量同通過的電量有關(guān)，同時(shí)反應(yīng)在電極表面進(jìn)行，受到了擴(kuò)散速度的影響;另一方面電極間裝填的活性炭粒子隨著濃度的增加和反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，本身所具備的吸附能力已達(dá)到飽和，因此濃度的增加對(duì)活性炭粒子的吸附已影響不大。

2.5連續(xù)運(yùn)行條件下硝基苯的去除情況

在同樣的停留時(shí)間(40min)下連續(xù)運(yùn)行，硝基苯的出水濃度及去除率見圖6。

從圖6可以看出，在連續(xù)運(yùn)行條件下，當(dāng)硝基苯的進(jìn)水濃度在110mg/L～310mg/L之間波動(dòng)時(shí)，硝基苯的出水濃度都在2mg/L以下，符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的硝基苯2.0mg/L的要求。

2.6硝基苯降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的初步探討

我們知道有機(jī)物的電催化降解主要是由羥基自由基作用的結(jié)果。其降解的反應(yīng)速率方程可表示為[14]：

-d[R]/dt=k[·OH][R]

式中：R有機(jī)物分子;k為反應(yīng)速率常數(shù);[·OH]為羥基自由基濃度。由于活性物質(zhì)羥基自由基有很高的反應(yīng)活性，假設(shè)處于假穩(wěn)態(tài)，則有d[·OH]/dt=0，從而[·OH]=常數(shù)。這樣，有機(jī)物濃度隨降解時(shí)間的變化可用以下表觀一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)關(guān)系式來表示：

ln(C0/C)=kt+a

式中：k為表觀一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)(s-1);t為反應(yīng)時(shí)間(s).

研究不同初始進(jìn)水濃度和不同電流強(qiáng)度下的ln(C0/C)與反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)系，見圖7和圖8。

由圖7和圖8可知，在不同的實(shí)驗(yàn)條件下，ln(C0/C)與反應(yīng)時(shí)間t基本成線性關(guān)系。

用一元線性回歸方程對(duì)圖7和圖8中不同初始濃度和不同電流強(qiáng)度下硝基苯的相對(duì)殘余濃度對(duì)時(shí)間t的相關(guān)性分析表明，一級(jí)回歸方程的相關(guān)系數(shù)大于臨界相關(guān)系數(shù)(R>0.95)，說明硝基苯濃度隨降解時(shí)間的下降遵循表觀一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。一級(jí)速率常數(shù)K見表2和表3。表2和表3數(shù)據(jù)表明，在本實(shí)驗(yàn)反應(yīng)條件范圍內(nèi)，硝基苯的氧化降解速率常數(shù)隨初始濃度和電流強(qiáng)度的增加而增大。

應(yīng)用spss軟件分析圖7和圖8中的數(shù)據(jù)表明，在初始濃度為36.82mg/L和139.58mg/L下，時(shí)間對(duì)ln(C0/C)的相關(guān)性極顯著(p<0.01)，在初始濃度為261.85mg/L下，時(shí)間對(duì)ln(C0/C)的相關(guān)性顯著(p<0.05)。而在不同的電流強(qiáng)度下，時(shí)間對(duì)ln(C0/C)的相關(guān)性顯著(p<0.05)。所以，在不同的初始濃度和電流強(qiáng)度下ln(C0/C)對(duì)時(shí)間的相關(guān)性顯著，這就說明了初始濃度和電流強(qiáng)度對(duì)硝基苯的降解有較大的影響。

3結(jié)論

電催化氧化反應(yīng)器處理硝基苯廢水的實(shí)驗(yàn)研究表明：

(1)活性炭填充電極電解吸附法處理硝基苯廢水，處理效果明顯優(yōu)于電解法、活性炭吸附法。

(2)該技術(shù)可以提高廢水中硝基苯的去除率，電流強(qiáng)度和原水濃度對(duì)硝基苯的降解影響較大。隨著電流強(qiáng)度增大，硝基苯的去除率相應(yīng)增加。在本實(shí)驗(yàn)的條件下，當(dāng)電流強(qiáng)度增大到2.0A時(shí)，硝基苯的去除率高達(dá)98%。硝基苯廢水的原水濃度的提高有利于電催化反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)硝基苯的去除率也有所增加，硝基苯廢水在反應(yīng)器中的停留時(shí)間也影響去除率，一般來說停留時(shí)間加長(zhǎng)有利于去除率的提高。

(3)硝基苯的電催化氧化降解符合表觀一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。該技術(shù)對(duì)處理高濃度難降解有機(jī)污染物具有較好的發(fā)展?jié)摿Γㄟ^進(jìn)一步研究和完善可形成一項(xiàng)實(shí)用廢水處理技術(shù)。