Evaluation of the technoeconomic feasibility of electrochemical hydrogen peroxide production for decentralized water treatment

• Gas diffusion electrode (GDE) is a suitable setup for practical water treatment. • Electrochemical H₂O₂ production is an economically competitive technology. • High current efficiency of H₂O₂ production was obtained with GDE at 5–400 mA/cm². • GDE maintained high stability for H₂O₂ production for ~1000 h. • Electro-generation of H₂O₂ enhances ibuprofen removal in an E-peroxone process. This study evaluated the feasibility of electrochemical hydrogen peroxide (H₂O₂) production with gas diffusion electrode (GDE) for decentralized water treatment. Carbon black-polytetrafluoroethylene GDEs were prepared and tested in a continuous flow electrochemical cell for H₂O₂ production from oxygen reduction. Results showed that because of the effective oxygen transfer in GDEs, the electrode maintained high apparent current efficiencies (ACEs,>80%) for H₂O₂ production over a wide current density range of 5–400 mA/cm², and H₂O₂ production rates as high as ~202 mg/h/cm² could be obtained. Long-term stability test showed that the GDE maintained high ACEs (>85%) and low energy consumption (<10 kWh/kg H₂O₂) for H₂O₂ production for 42 d (~1000 h). However, the ACEs then decreased to ~70% in the following 4 days because water flooding of GDE pores considerably impeded oxygen transport at the late stage of the trial. Based on an electrode lifetime of 46 days, the overall cost for H₂O₂ production was estimated to be ~0.88 $/kg H₂O₂, including an electricity cost of 0.61 $/kg and an electrode capital cost of 0.27 $/kg. With a 9 cm² GDE and 40 mA/cm² current density, ~2–4 mg/L of H₂O₂ could be produced on site for the electro-peroxone treatment of a 1.2 m³/d groundwater flow, which considerably enhanced ibuprofen abatement compared with ozonation alone (~43%–59% vs. 7%). These findings suggest that electrochemical H₂O₂ production with GDEs holds great promise for the development of compact treatment technologies for decentralized water treatment at a household and community level.     

新型生物脱氮技术的工艺研究

以上流式厌氧污泥床反应器（ Ｕ Ａ Ｓ Ｂ） 作为厌氧氨氧化（ａｎａｍ ｍｏｘ） 反应器,用无机盐培养液完成了反应器的启动,并稳态运行ａｎａｍ ｍｏｘ 反应器．采用生物膜反应器作为生物硝化反应器,以无机盐培养液完成反应器的启动．将硝化反应器和ａｎａｍｍｏｘ 反应器组合在一起构成新型生物脱氮系统,以硝化反应器的出水作为ａｎａｍｍｏｘ反应器的进水,同时补充相应数量的 Ｎ Ｈ４ ＋ Ｎ．整个系统的总氮容积去除率可达１ ５７７ ｍｇ Ｌ－ １ ｄ － １ ．该新型生物脱氮系统能同时去除 Ｎ Ｈ４ ＋ Ｎ 和 Ｎ Ｏ Ｘ－ Ｎ,并且对高浓度的 Ｎ Ｈ４ ＋ Ｎ 去除具有较大的潜力．     

衍生化气相色谱法测定黄磷诱发氧化水中苯酚降解产物

利用衍生化气相色谱法对黄磷诱发氧化苯酚降解产物进行了研究，在磷酸存在下，以甲醇作酯类衍行生试剂，分别和ＳＥ－５２和ＨＰ－１７石英毛细管双柱结合ＧＣ－ＭＳ进行分离定性定量，黄磷诱发氧化苯酚降解产物以羧酸为主，在反应温度５０℃时，表现为一级反应特征，速率常数（Ｋ）：０．０７７ｍｉｎ＾－１，半衰期（ｔ１／２）：９．０ｍｉｎ。     

响应面法分析Fenton氧化处理采油废水的过程

采用Fenton氧化对采油废水进行研究,选取双氧水与二价铁离子的摩尔比、初始pH值和反应时间为自变量,以废水的COD去除率为响应值,通过Box-Behnken设计方法进行实验设计,进行了3因素3水平共15个实验点的实验。使用响应面分析法对实验结果进行模拟及分析,建立了响应值与3个自变量的二次多项式方程模型。Fenton氧化的优化工艺条件:n(H2O2):n(Fe2+)=0.8,pH=3.0以及反应时间60 min。在该优化条件下,废水的COD去除率可达72.8%,经实验验证,实际值与模型预测值拟合性好,偏差仅为0.5%。实验结果证实了该模型分析采油废水处理运行参数的准确性。优化工艺后的处理水质COD值完全满足油田废水达标排放的要求。通过总离子色谱图和质谱检索分析原油中的成分变化情况,证实Fenton方法对原油组分的降解效果。     

电解氧化法处理黄金冶炼厂选冶废水

采用电解氧化法处理同时含有高浓度氰化物与COD的黄金冶炼厂选冶废水,主要考查了外加电压、溶液pH、电解时间及极板间距等因素对氰化物和COD去除率的影响,充分利用原水中Cl^-的阳极氧化效应,深入探讨了电化学氧化过程及污染物氧化去除机理。结果表明,随着外加电压和电解时间的增大,氰化物和COD去除率逐渐增大。以石墨为阳极,钛合金为阴极,采用一阴两阳电解体系对废水进行氧化,当电压为4.5 V、初始pH为7、电解时间为3 h、极板间距为1.5 cm的条件下,总氰化物 (CN_T) 、COD、SCN^-及Cu的去除率最高可达99.6%、96%、99.9%与99.2%。电解过程中体系pH逐渐降低,电场作用下定向迁移至阳极附近的污染物去除主要归因于HClO及ClO^-的间接氧化作用,当pH大于5.0时以HClO的氧化为主,ClO^-的氧化为辅,而pH小于5.0时则主要是HClO的氧化。电解氧化过程中约有36.17%的Cu与SCN^-形成CuSCN沉淀而被除去,剩余的铜则扩散至阴极沉积析出。GC-MS分析表明,烷烃类、酯类、酮类等大分子的C=C键、酯基、羰基等化学键和官能团被氧化断链成小分子物质,随后继续被氧化为H₂O、CO₂和N₂。     

贵金属催化剂活性组分分布对催化湿式氧化处理非达霉素提炼废水的影响

采用均匀型和蛋白型Ru/TiO₂催化剂为湿式氧化催化剂,应用于催化湿式氧化非达霉素提炼废水,以出水COD和TOC去除率作为指标来评价2种催化剂的催化活性差异;采用实验室连续评价装置对柱状颗粒催化剂在不同pH、不同废水流量和不同温度下处理非达霉素提炼废水进行了优化评价。结果表明：在265 ℃、pH=4.1、废水流量为10 mL·h⁻¹时,催化剂的催化活性最高,故确定此条件为该废水处理的最优条件;同时对比均匀型和蛋白型2种催化剂,蛋白型催化剂具有更高的催化效率;结合SEM及N₂-物理吸附结果,推断蛋白型催化剂活性组分集中分布在催化剂颗粒的较浅层,有利于降低反应过程中的扩散阻力,提高贵金属活性组分的利用率,进而提高催化剂的催化活性。以上结果对开发高效湿式氧化催化剂,充分利用贵金属活性组分降低催化剂成本具有十分重要的意义。     

Mn-Ce复合氧化物微球的制备及其催化氧化甲苯性能

为了开发高效稳定、具有低温活性的降解VOCs催化材料,采用传统水热法制备了一系列不同锰铈比的催化剂(MnO₂、Mn_0.95Ce_0.05O_x、Mn_0.90Ce_0.10O_x、Mn_0.80Ce_0.20O_x及Mn_0.60Ce_0.40O_x),利用SEM、BET、XRD、H₂-TPR、O₂-TPD、拉曼光谱等技术对催化剂的物理化学性质进行了表征分析,同时考察了其对甲苯的催化氧化活性。结果表明：通过简单的水热合成法合成出的Mn-Ce复合氧化物均为微球,但Ce的加入使得微球催化剂表面的纳米针消失,变为光滑的微球体;而不同的催化剂在氧化甲苯时呈现不同的催化氧化性能,其中Mn_0.80Ce_0.20O_x具有最佳的甲苯氧化性能,这是由于其具有较强的氧化还原性能、较高的化学吸附氧含量及存在Mn-Ce固溶体。因此,通过控制催化剂中Ce含量,可调控催化剂的形貌和物理化学特性,从而使Mn-Ce复合氧化物在甲苯催化氧化中展现出优异的催化性能。研究结果为新型高效降解VOCs催化材料的设计和开发提供了新思路。     

RuO2-IrO2/Ti阳极电催化降解偶氮染料甲基橙模拟废水

以自制Ti基RuO2-IrO2镀层形稳电极为阳极,采用电催化氧化处理偶氮染料甲基橙模拟废水。以硫酸钠为支持电解质,在自然pH条件下分别考察了电解时间、电极间距、电流密度和电解质浓度等因素对甲基橙去除率的影响,并分析其原因。实验结果表明,在自然pH、电极间距为1.0 cm、电流密度为30.0 mA/cm2、电解质硫酸钠浓度为20.0 g/L、电解1.0 h,甲基橙去除率高达90.0%以上。 因此,电催化氧化法作为一种高效、简便的染料废水处理技术,具有一定的应用潜力。     

UV-catalytic treatment of spent caustic from ethene plant with hydrogen peroxide and ozone oxidation

The performance of UV/H2O2, UV/O3 and UV/H2O2/O3 oxidation systems for treating spent caustic from an ethylene plant was investigated, in UV/H2O2 system, with the increase of H202 dosage, removal efficiencies of COD and the ratio of biochemical oxygen demand(BOD) to chemical oxygen demand(COD) of the effluent were increased and a better performance was obtained than the H2O2 system alone. In UV/H2O2 system, removal efficiency of COD reach 68% under the optimum condition, and BOD/COD ratio was significantly increased from 0.22 to 0.52. In UV/O3 system, with the increase of O3 dosage, removal efficiency of COD and BOD/COD ratio were increased, and a better performance was obtained than the O3 system alone. Under the optimum condition, removal efficiency of COD was 54%, and BOD/COD ratio was significantly increased from 0.22 to 0.48. In UV/H2O2/O3 system, COD removal efficiency was found to be 22.0% higher than UV/O3 system.     

电助光催化氧化苯甲酰胺

以钛板为基材,采用溶胶-凝胶法制备固定膜 TiO₂/Ti 光催化剂,并对其施加一定的阳极偏电压,对苯甲酰胺溶液进行了电助光催化氧化处理.考察了阳极偏电压、溶液浓度和pH值对苯甲酰胺降解效率和光电流的影响规律,并比较了电助光催化氧化与光催化氧化、光解和电解处理对苯甲酰胺去除率的差异.结果表明,外加阳极偏电压可以大大提高光催化氧化技术的处理效率,最佳工艺条件为偏电压+0.6V/SCE,苯甲酰胺溶液的浓度 1.0mg/L,溶液呈酸性.在此条件下,经过 1h的处理,苯甲酰胺的去除率可达 90%.