许多工业废水,如印染、制药和石化的二沉池出水,同时含有中低浓度的盐分和难降解有机物。传统的处理思路是将脱盐和除碳分为两个独立的单元操作,流程长、占地大。电容去离子(CDI)是一种利用多孔电极双电层或法拉第反应进行脱盐的低能耗技术,而电化学氧化(EO)则是利用阳极产生的高活性物种降解有机物。二者都需要导电电极、直流电源和反应器。将CDI的吸附电极同时用作EO的阳极,可以在一个反应器内,利用同一套电源设备,根据所施加电压的大小和极性,分时或同步实现脱盐和有机物降解,这种一体化设计是电化学水处理技术发展的新方向。
本研究选用了具有高比表面积和良好导电性的改性活性炭作为双功能电极,构建了CDI-EO耦合系统。在一个运行周期内,首先施加1.2V的直流电压,此时为CDI吸附模式,水中的阴阳离子在电场力驱动下向相反电极迁移并被多孔电极吸附,实现脱盐。同时,由于电压已超过水的电解电位,阳极上会产生少量的羟基自由基等活性氧物种,因此可以同步降解一部分吸附在阳极表面或靠近阳极的有机物。当电极吸附盐分接近饱和后,系统切换至脱附再生模式。此时将外电路短接或反接,被吸附的盐分迅速脱附释放到小体积的循环浓水中。在脱附阶段,可以同时施加一个更高的电压,将此时作为阳极的电极(脱附时极性反转)表面的有机物进行进一步的电化学氧化分解。
这种“吸附脱盐同步氧化”与“脱附浓缩强化氧化”的交替操作模式,不仅在一个反应器内实现了盐和有机物的同步去除,还通过对浓缩液中有机物的原位降解,解决了传统CDI浓水中有机物富集需二次处理的难题。实验处理含亚甲基蓝和NaCl的模拟印染废水,长期运行结果显示,耦合系统在脱盐效率和有机物矿化率上都显著优于单独的CDI或单独EO系统,且电极的污染速率有所减缓。该耦合系统通过一套装置实现了脱盐和降解有机物的双重功能,简化了流程,是处理含盐有机工业废水的紧凑化、智慧化技术方案。
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