摘要
造纸废水中含有大量的有毒有机污染物，它们大部分来源于制浆造纸过程中所使用的原材料以及添加剂，属于较难处理的一类废水。通常情况下，造纸废水需要进行二级处理（包括物化法和生化法等），然而，即便经过二级处理之后，造纸废水的COD和色度依然较高，无法达到国家最新的排放标准（GB3544-2008）。因此，造纸废水的深度处理成为造纸企业普遍关注的问题。 三维电极作为一项极具潜力的废水深度处理技术已经引起研究者们的广泛关注。相比于传统的二维电极系统，三维电极系统通过向体系中投加一定量的粒子微电极来使体系具有更大的电极表面积以及更高的电流传质效率，从而大大提高了对废水的降解效率。 纳米零价铁因其较大的比表面积，较强的还原性能以及所具有的纳米尺寸效应，已被广泛应用于环境修复的研究当中。作为一类强电子供体，纳米零价铁已被广泛的应用于去除多种废水中的有机和无机污染物。此外，纳米零价铁还具有优良的导电性能，在作为三维电极的粒子电极方面具有较大的潜力。但是，因其反应活性较高，纳米零价铁颗粒很容易与周围介质中的空气和水发生反应而降低活性，此外，由于纳米零价铁颗粒之间范德华力和磁力的作用，纳米零价铁具有易团聚的倾向，这也就限制了其在实际中的应用。 木质素是一种储量丰富且对环境友好的高分子有机物，约占生物圈中有机碳含量的30%。木质素具有含碳量高，热稳定性好，抗氧化能力强，机械强度高等优点，已引起研究者们的广泛关注。 本研究中，首次使用有机溶剂木质素作为稳定剂，以膨润土为核心载体，制备了膨润土-木质素稳定型纳米零价铁（BL-nZVI），并通过正交实验优化了制备方法；同时还制备了未经改性的纳米零价铁（nZVI）以及膨润土负载型纳米零价铁（B-nZVI），并对三种不同类型的纳米零价铁进行了表征对比分析，包括电导率，傅里叶红外光谱（FTIR），X射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM）以及透射电子显微镜（TEM）。分析结果表明，有机溶剂木质素能有效的防止纳米零价铁颗粒的团聚和氧化。随后，我们将BL-nZVI用作粒子电极投加到三维电极系统中来对造纸废水进行深度处理，以CODCr和色度的去除率作为检验指标。研究发现，CODCr和色度的去除效率很大程度的依赖于该系统的电流密度，电解时间，极板间距，废水pH以及粒子电极的投加量。我们通过一系列的单因素实验确定了该三维电极体系的最佳操作条件，结果表明，在电流密度为40mA/cm2，电解时间为50min，极板距离为4cm，pH值为4.0，粒子电极的投加量为2g/L的条件下，该三维电极系统对造纸废水具有最佳的处理效果，CODCr的值从256mg/L下降到了32mg/L，去除率达87.6%，而色度的去除率达到了93.1%，处理后的废水接近无色。 此外，GC-MS的检测结果表明，相比于传统的二维电极，三维电极系统能更有效的去除造纸废水中的有机污染物。最后我们对该三维电极系统对造纸废水的处理机制进行了深入探讨，其主要包括三个部分：（1）污染物质直接在电极板表面发生的氧化还原反应；（2）废水中的污染物质在BL-nZVI表面发生吸附，并被Fe0还原；（3）在酸性条件下，阴极产生的过氧化氢与体系中产生的Fe2+发生芬顿反应，生成具有强氧化性的羟基自由基，羟基自由基能有效氧化废水中的多种有机污染物。通过三个过程之间的相互协同作用，造纸废水能得到有效的降解。
NETL