電解氧化處理垃圾滲濾液研究 www.greenshop.hk－karellswi的部落格

摘要：采用電解氧化法對垃圾滲濾液進行深度處理的研究結果表明，電解氧化過程中，NH3-N優先於COD被氧化去除；SPR三元電極的處理效果優於DSA二元電極和石墨電極；酸性條件比堿性條件更有利於電解氧化作用對COD及NH3-N的去除；Cl-濃度高時，有利於COD及NH3-N被氧化去除。試驗得到的適宜電解氧化條件是：pH值為4、Cl-濃度為5000mg/L、電流密度為10A/dm2、SPR三元電極為陽極、電解時間為4h。當COD及NH3-N濃度分別為693mg/L和263mg/L時，COD去除率為90.6%，NH3-N的去除率為100%。關鍵詞：垃圾滲濾液電解氧化深度處理垃圾的衛生填埋是我國城市垃圾的主要處理方式之一，由此而產生的垃圾滲濾液是一種難處理的的高濃度有機廢水，其水質水量變化大，成分復雜且隨“場齡”變化。一般，垃圾滲濾液經生物處理後，其殘留的COD仍較高，有的高達600～800 mg/L，且很難再處理。筆者采用電解氧化法對垃圾滲濾液進行深度處理，並對其工藝條件進行瞭研究，從而為工業化應用提供瞭理論基礎。1　材料及方法2　電極氧化機理　　電極氧化機理可分為兩個部分，即直接氧化和間接氧化。直接氧化作用是指溶液中OH基團的氧化作用，它是由水通過電化學作用產生的，該基團具有很強的氧化活性，對作用物幾乎無選擇性。直接氧化的電極反應如下：　　若廢水中含有高濃度的Cl-時，Cl-在陽極放出電子，形成Cl2，進一步在溶液中形成ClO-，溶液中的Cl2/ClO-的氧化作用能有效去除廢水中的COD及NH3-N。這種氧化作用即為間接氧化，反應如下：

　　　　陽極：4OH-→2H2O+O2+4e-　　　　溶液中：Cl2+H2O→ClO-+H++Cl-3.1　不同電極的影響

　　不同電極材料的電解氧化性能不同，對目前國內燒堿行業用得較多的兩種電極材料DSA(二元電極)和SPR(三元電極)以及石墨電極作瞭比較。分別以它們作陽極，取SBR反應器出水500 mL，電流密度10A/dm2，補充Cl-濃度至5 000 mg/L，電解4 h，電解效果如表2。表2三種不同陽極材料處理滲濾液的效果電極材料石墨電極二元電極DSA 三元電極SPR COD去除率(%) 43.0 76.2 82.0 NH3-N去除率(%) 35.1 99.2 未檢出

　　從表2中可以看出，COD和NH3-N的去除率以三元電極SPR為最高。電極材料中的高價金屬離子(Ru4+、Ir4+、Ti4+)的存在有利於溶液中產生Cl2/ClO-，從而促進瞭對污染物的間接氧化作用，其中尤以SPR三元電極更為突出。圖2為三種電極電解過程中餘氯的變化。

　　圖2表明，隨著時間的變化，溶液中的餘氯因電極種類的不同而不同，其中三元電極SPR對餘氯的釋放最為有利。它同時也表明，間接氧化在電解氧化過程中起著重要的作用。

3.2　pH的影響

　　以三元電極SPR為陽極材料，電流密度為10A/dm2，Cl-濃度為2 000 mg/L，以SBR反應器出水為試驗水樣，調節溶液的pH值分別為4和8，電解試驗結果見圖3。　　圖3表明，酸性條件下的電解反應更有利於對COD的去除。一般，電解氧化過程中有大量的CO2產生，在水溶液中達到水解平衡，生成CO32-和HCO3-，而它們與OH基團的反應速度要高於OH基團氧化溶液中有機物的速度。酸性條件下，化學平衡的移動不利於溶液中CO32-和HCO3-的存在，從而間接促進瞭電解反應對COD的去除。從圖3中還可看出，COD被去除60%以後，氧化速度呈減緩趨勢，這是由於滲濾液中易氧化物質被先行氧化而導致後階段氧化速度放慢。

3.3　Cl-濃度的影響　　由圖4和圖5的結果可見，Cl-的存在對COD及NH3-N的去除影響明顯，隨著Cl-濃度的增加去除率也明顯增加，這說明間接氧化作用在COD及NH3-N的去除過程中起著主要作用。比較圖4和圖5發現，NH3-N的去除主要發生在電解氧化反應的前1 h，該時段內COD僅有約30%被去除。圖解同時也說明COD的組分中約70%是相對難降解的，而直到NH3-N被去除後，此部分COD的去除才迅速增加。由此可見，電解過程中的高濃度NH3-N必會影響到COD的去除效率，如能在處理前通過其他方法(如吹脫)去除NH3-N，則有利於COD的去除，同時也會大大節約電能。34電流密度的影響

　　合適的電流密度對電解氧化反應效率的影響是顯而易見的，而過高的電流密度會導致能源浪費。以SPR為電極材料，電流密度為5、7.5、10、12.5A/dm2，以SBR反應器出水為處理對象，對照瞭未補充和補充Cl-濃度至5 000 mg/L時的處理結果，見圖6、圖7。

　　圖6表明，低Cl-濃度時，電流密度對COD及NH3-N的去除影響不大；電流密度為2.5A/dm2時，陽極表面出現棕色沉淀物，這可能是由於有機物在較弱的氧化作用下發生瞭聚合作用而形成的聚合物。圖7表明，高Cl-濃度時，COD及NH3-N的去除率隨電流密度的增加而增加，這是由於電流密度高時，陽極的電極電位也高，相應的電解氧化反應也越強。這同時也進一步表明，間接氧化在電解氧化過程中起主導作用。實際操作時，應結合運行費用和處理效果綜合考慮。3.5　適宜條件下的電解效果

　　經SBR處理後的滲濾液，調節pH值為4，Cl-濃度為5 000 mg/L，選擇電流密度為10 A/dm2，SPR三元電極為陽極，電解時間為4 h，處理結果如表3。　表3　SBR處理後的滲濾液電解效果項目 COD(mg/L) NH3-N(mg/L) 色度(倍) 處理前 693 263 200 處理後 65 未檢出 ≤30 去除率(%) 90.6 100 85

4　結論參考文獻：　　［1］Robinson H D.Leachate collection,treatment and disposal［J］.Water Environment and Management,1992,6(3):321-332.

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　　作者簡介：李小明(1966-)，男，安徽人，工學博士，副教授，主要從事環境生物技術與水污染控制工程方面的教學和科研工作。

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