铌基掺硼金刚石电极电化学氧化处理生姜切片废水

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-1188

工业水处理 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (10): 88-94. doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2022-1188

铌基掺硼金刚石电极电化学氧化处理生姜切片废水

石赫¹^,²(), 李晨光¹^,², 董旭¹^,², 李志宸¹^,², 李锋民¹^,²^,³(), 盖志刚⁴, 黄开⁵

^1. 中国海洋大学环境科学与工程学院近海环境污染控制研究所，山东青岛 266100
^2. 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室，山东青岛 266100
^3. 中国海洋大学三亚海洋研究院，海南三亚 572019
^4. 山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东青岛 266100
^5. 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092

收稿日期:2023-08-08 出版日期:2023-10-20 发布日期:2023-10-18
作者简介:
石赫（1999— ），硕士。E-mail：shihe@stu.ouc.edu.cn
李锋民，博士，教授，博导。E-mail：lifengmin@ouc.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(42207297); 山东省自然科学基金青年项目(ZR2021QD063)

Treatment of ginger slicing wastewater by electrochemical oxidation using niobium-based boron-doped diamond electrode

He SHI¹^,²(), Chenguang LI¹^,², Xu DONG¹^,², Zhichen LI¹^,², Fengmin LI¹^,²^,³(), Zhigang GAI⁴, Kai HUANG⁵

^1. Institute of Coastal Environmental Pollution Control，College of Environmental Science and Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266100，China
^2. Key Laboratory of Marine Environment and Ecology，Ministry of Education，Ocean University of China，Qingdao 266100，China
^3. Sanya Oceanographic Institution，Ocean University of China，Sanya 572019，China
^4. Institute of Oceanographic Instrumentation，Shandong Academy of Sciences，Qingdao 266100，China
^5. Shanghai Municipal Engineering Design Institute（Group） Co. ，Ltd. ，Shanghai 200092，China

Received:2023-08-08 Online:2023-10-20 Published:2023-10-18

摘要/Abstract

摘要：

生姜切片废水具有COD高、成分复杂、难降解、微生物抑制性等特点，利用铌基掺硼金刚石（Nb-BDD）电极构建电化学氧化工艺对其进行处理，采用单因素法考察了电解时间、支持电解质种类、电流密度、pH、废水初始浓度对COD去除效果的影响，通过气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）检测最优电解条件下经电化学氧化法处理前后废水中有机污染物的组成变化，并分析了电化学氧化法的经济可行性。结果表明，初始COD为600 mg/L的生姜切片废水，在溶液初始pH=7、支持电解质为0.5 mol/L NaCl、电流密度为65 mA/cm²、反应时间为160 min的条件下，COD去除率可达82.72%；电化学氧化反应后生姜切片废水中特征污染物6-姜酚被完全去除，主要污染物种类由原来的15种减至3种。采用电化学氧化法处理1 m³生姜切片废水的运行费用为22.22元，1 g COD的处理成本为0.02元。

关键词: 生姜切片废水, 铌基掺硼金刚石电极, 电化学氧化, 6-姜酚

Abstract:

Ginger slicing wastewater，characterized with high COD，complex composition，difficult degradation，and microbial inhibition，etc.，was treated by the electrochemical oxidation process using the niobium-based boron-doped diamond（Nb-BDD） electrode. The effects of electrolysis time，electrolyte type，current density，pH and initial wastewater concentration on COD removal were investigated using a single-factor experimental method. Gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS） was used to determine the changes in the composition of organic pollutants in wastewater before and after treatment by the electrochemical oxidation process under optimum conditions. Finally，the economic feasibility of the electrochemical oxidation process was analyzed. The results showed that the COD removal rate of ginger slicing wastewater with an initial COD of 600 mg/L was up to 82.72% under the conditions of initial pH of 7，0.5 mol/L NaCl，current density of 65 mA/cm²，and reaction time of 160 min. The 6-gingerol was completely removed and the types of major contaminants were reduced from 15 to 3. The operating cost of treating 1 m³ ginger slicing wastewater by electrochemical oxidation was 22.22 yuan，and the treatment cost of 1 g COD was 0.02 yuan.

Key words: ginger slicing wastewater, niobium-based boron-doped diamond electrode, electrochemical oxidation, 6-gingerol

中图分类号:

X703.1

石赫, 李晨光, 董旭, 李志宸, 李锋民, 盖志刚, 黄开. 铌基掺硼金刚石电极电化学氧化处理生姜切片废水[J]. 工业水处理, 2023, 43(10): 88-94.

He SHI, Chenguang LI, Xu DONG, Zhichen LI, Fengmin LI, Zhigang GAI, Kai HUANG. Treatment of ginger slicing wastewater by electrochemical oxidation using niobium-based boron-doped diamond electrode[J]. Industrial Water Treatment, 2023, 43(10): 88-94.

https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I10/88

图/表 12

表1 生姜切片废水的具体水质特征

Table 1 Water quality characteristics of ginger slicing wastewater

项目	COD/（mg·L^-1）	pH
数值	1 000±100	6.2±0.2

图1 电化学氧化实验装置

Fig. 1 Electrolytic experimental setup

图2 Nb-BDD电极的表面（a）和侧面（b）的SEM

Fig. 2 Surface（a） and side（b） SEM of Nb-BDD electrodes

图3 Nb-BDD电极的XRD

Fig. 3 XRD of Nb-BDD electrode

图4 Nb-BDD电极的拉曼光谱

Fig. 4 Raman spectrum of Nb-BDD electrode

图5 电解时间对生姜切片废水处理效果的影响

Fig. 5 Effect of electrolysis time on treatment of ginger slicing wastewater

图6 电解质种类对生姜切片废水处理效果的影响

Fig. 6 Effects of electrolyte types on treatment of ginger slicing wastewater

图7 电流密度对生姜切片废水处理效果的影响

Fig. 7 Effect of current density on treatment of ginger slicing wastewater

图8 初始pH对生姜切片废水处理效果的影响

Fig. 8 Effect of initial pH on treatment of ginger slicing wastewater

图9 COD对生姜切片废水处理效果的影响

Fig. 9 Effect of COD on treatment of ginger slicing wastewater

表2 生姜切片废水处理前的主要检出成分

Table 2 The main detected constituents of ginger slicing wastewater before treatment

序号	停留时间/min	中文名称	m/z
1	16.005	2，3-二甲基-2-环戊烯酮	226
2	18.947	1-（1，5-二甲基-4-己烯基）-4-甲基苯	202
3	19.225	5-（1，5-二甲基-4-己烯亚基）-2-甲基-1，3环己二烯	204
4	19.533	2，6-二甲基-6-（4-甲基-3-戊烯基）双环［3.1.1］庚-2-烯	204
5	19.926	3-（1，5-二甲基-4-己烯亚基）-6-甲基环己烯	204
6	31.273	安定	284
7	38.118	十六酸三甲基硅烷酯	328
8	44.178	十八酸三甲基硅烷酯	356
9	48.758	姜辣素	366
10	49.411	戊菌唑	429
11	49.755	硝基安定	355
12	49.954	1-甲基-3-碳酰基-1，4-二氢吡啶	368
13	50.099	吡虫啉	429
14	50.933	苯基乙酰氧基三甲基硅烷	512
15	55.386	氟吡磺隆	466

表3 生姜切片废水处理后的主要检出成分

Table 3 The main detected constituents of ginger slicing wastewater after treatment

序号	停留时间/min	中文名称	m/z
1	31.255	苯并［e］［1］苯并硫吡喃并［4，3-b］吲哚	285
2	38.118	十六酸三甲基硅烷酯	328
3	44.190	十八酸三甲基硅烷酯	356

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