电解氧化处理难降解垃圾渗滤液研究

第!卷第#期环境工程学报$%&’!!(%’#)**+年#月,-./0102%34/5&%67/8.4%/90/:5&7/;./004./;23/’)**+电解氧化处理难降解垃圾渗滤液研究李伟东!!)赵东风!!b中国石油大学环境科学与工程系!东营)@+*#!#)b杭州师范大学钱江学院理学系!杭州!**=$摘要采用连续式电解槽对垃圾渗滤液进行电解催化处理!考察极板间距%电流密度%电导率*,&_+浓度对电解效果的影响&结果表明!当添加的*,&_+#***9;eF!在电解#*9./时!对初始,AK小于***9;eF的中等浓度渗滤液有较好的处理效果!,AK和(PC(的去除率分别达==bDf和D+bf!能耗为)b+@iG-e9&为中试和工业设计应用提供了参考&关键词垃圾渗滤液电解氧化难降解有机物中图分类号?+*’!文献标识码B文章编号!#+CD!*=)**+$*#C*!!C*E*A1%(*-,#*.,*()(1,0-#*’($#1)’$$$,#2+#*,5%,$,2*-($%*’2(S’1#*’(3-(2,&&F.G0.[%/;!!)H-5%K%/;60/;!!bK0V54:90/:%67/8.4%/90/:5&ON.0/N0T7/;./004./;!,-./5X/.8041.:R%6U0:4%&039!K%/;R./;)@+*#!#)bON.0/N0K0V54:90/:%6d.5/Y.5/;,%&&0;0!P5/;M-%3(%495&X/.8041.:R!P5/;M-%3!**=$!5&*-#2*6BN%/:./3%316&%]0&0N:4%&R:.N:-4%3;-1R1:09]511:3[.0[6%4:-0:405:90/:%6&5/[6.&&&05N-5:01’W-0./6&30/N01%60&0N:4%[0[.1:5/N0!N3440/:[0/1.:.015/[N-&%4.[0N%/N0/:45:.%/%/409%85&066.N.0/N.01]0401:3[.0[’W-04013&:11-%]0[:-5:0&0N:4%&R:.N%^.[5:.%/V4%N011]510660N:.80%/:405:90/:%69.[[&01:40/;:-&5/[C6.&&&05N-5:01!]-0/,AK]51&011:-5/***9;eF!5[[0[N-&%4.[0N%/N0/:45:.%/]51#***9;eF!:-0:.90]51#*9./3:01’W-0409%85&45:01%6,AK5/[(PC(N5/N%903V:%==bDf5/[D+bf!401V0N:.80&R!:-00/04;RN%/1390[]51)b+@iG-e9’B85&35S&0406040/N0N%3&[S0V4%8.[0[6%45V.&%:1N5&0401054N-5/[./[31:4.5&5VV&.N5:.%/’7,%4(-1&6&5/[6.&&&05N-5:0#0&0N:4%&R:.N%^.[5:.%/#/%[0;45[5S&0%4;5/.N1收稿日期!)**#_*_*+#修订日期!)**#_!!_!D作者简介!李伟东!D+=‘$!男!硕士!主要研究水处理工艺技术%环境风险控制&7C95.&)&].[a1./5’N%9垃圾填埋场渗滤液具有色度高%恶臭%毒性大!污染物成分复杂多变!JAKe,AK的比值低%氨氮含量高等污染特点*!+&目前!常规处理方法难以做到达标排放!需再行处理才行&电催化氧化技术处理难降解废水近年来在国外受到了广泛的关注*)!+&目前国内对电催化氧化技术处理垃圾渗滤液运行工艺和参数的研究相对较少&本实验通过对电解催化氧化法处理垃圾渗滤液的研究表明!利用羟基自由基,AP$强氧化作用!对渗滤液有良好的处理效果&86反应机理电催化氧化技术是指利用电极的直接氧化和间接氧化作用来氧化分解难降解%有毒害的物质&阳极直接氧化是利用在阳极表面产生,AP基团与有机物发生氧化反应&间接氧化是指利用反应产生的强氧化剂如,!A_%高价金属离子等$来氧化有机物&以电催化氧化去除(PC(为例!具体反应机理用如下反应式表示&直接氧化反应))P)’’A),APj)Pjj)0_)(Pj#,’’AP()j#P)A),’’APP)Aj!e)A)有机物j,’’AP,A)jP)A间接氧化反应),&’’_,&)j)0_#,&)jP)’’APA,&jPjj,&_PA,&j(Pj’’(P),&jP)AjPj(P,&)jP)’’A(APj)Pjj),&_(P,&)’’j(AP()jPA,&jPjj,&_96实验部分9’86实验水样实验中水样选取自杭州市几个垃圾填埋场渗滤环境工程学报第!卷液收集池出口处&水质情况见表!&污染物指标参数测定方法采用国家环保总局推荐的标准方法*+测定&表86杭州市几个填埋场垃圾渗滤液水质表H#5$,86N#*,-‘A#$’*%()1’)),-,*$#1)’$$$,#2+#*,&()W#0]+(A水质指标水质参数范围水质指标水质参数范围VP#’@!‘+’D+色度倍$!)@*,AK9;eF$!’*!n!*‘)’=#n!**,&_+9;eF$)*‘!**JAK@9;eF$+‘@*D悬浮物9;eF$!+=‘!!)*(PC(9;eF$#D‘#!JAK@e,AK*’!+=‘*’9’96实验装置实验装置示意图见图!&实验中采用序批方式连续进行电催化处理&电解实验装置包括)+方形!@N9n!@N9n!@N9$玻璃钢电解槽一个#,自制网格状钛基钌系掺锑氧化物电极!电极大小!@N9n!*N9!厚*bN9!有效面积*b*))9)!阴极为不锈钢网#-直流稳流电源及其他相应设施#其中直流电源%电极和电解槽是核心设备&图!电化学实验装置结构示意图E.;’!ON-095:.N[.5;459%6:-00&0N:4%N-09.N5&%^.[5:.%/0^V04.90/::6实验结果分析电催化氧化处理垃圾渗滤液涉及因素较多&实验中以,AK和(PC(的去除率作为效果指标!以能耗作为经济性指标&考虑极板间距%电流密度%添加*,!_+浓度等因素对垃圾渗滤液处理的影响&处理时电解槽中渗滤液以序批方式连续进行!处理时间以达到去除峰值为止!一般在!)*9./内!渗滤液水量!***9Fe次&:’86极板间距的影响实验中!电极槽中渗滤液!***9F!VP值为+b@!在不添加电解质时!进行序批方式处理&不同极板间距时!渗滤液中,AK和(PC(的去除效果见图!和图)&图!电极间距对,AK去除率影响E.;’!7660N:%6[.66040/:0&0N:4%[0[.1:5/N01%/,AK409%85&066.N.0/NR图)电极间距对(PC(去除率影响E.;’)7660N:%6[.66040/:0&0N:4%[0[.1:5/N01%/(PC(409%85&066.N.0/NR图!和图)表明)极板间距增加!去除率下降!处理需要的时间延长&极板间距小!缩短极板产生的羟基自由基,AP%,&A_等离子扩散的距离!较快地与溶液中有机污染物发生反应!有利于反应进行!提高去除速率*@+&极板间距*b@N9时!去除效率高!D*9./后,AK和(PC(的去除率分别达到=@bf和D#bf&极板间距增大后电流效率降低!,AK和(PC(的去除率明显下降&当间距@b*N9时!去除效率急剧降低!,AK和(PC(的去除率在处理)b*-后!最终也只能达到!#b=f和=@b)f&在实际应用中!应尽可能减小电极间距以提高反应速度!减少,AP%*,&A_+停留时间&最佳的极板间距在*b@‘!b@N9之间!此时电催化氧化去除渗滤液中,AK%(PC(效果明显!能耗适中!经济性好&本实验选择极板间距为!b*N9进行电流密度和电导率*,&_+处理效率的影响研究&)!第#期李伟东等)电解氧化处理难降解垃圾渗滤液研究:’96电流密度的影响极板间电流密度的增加!增大溶液中带电粒子运动的推动力!可以使溶液中,AP基团移动加快!与有机物接触的机会增多!从而提高对溶液中,AK和(PC(的去除率*#+&实验中!取极板间距为!b*N9!不同电流密度下!电极对渗滤液中,AK%(PC(的去除率见图和图&图和图表明)加大极板间的电流密度!污染物去除效率也明显增加!达到去除高点需要的时间减少&电流密度)b@‘!*b*9BeN9)时,AK和(PC(的去除率各不相同&电流密度增加!(PC(去除速率加快&,AK的去除率随电流密度的增加也提高&图电流密度对,AK去除率影响E.;’7660N:%6[.66040/:N3440/:[0/1.:.01%/,AK409%85&066.N.0/NR图电流密度对(PC(去除率影响E.;’7660N:%6[.66040/:N3440/:[0/1.:.01%/(PC(409%85&066.N.0/NR电流密度增加会使得电极电压也增加&实验中采用的自制电极!其电极电压一般小于@$!为防止电极因高电压原因发生钝化!建议电极电压范围最好不要超过!@$左右&:C:6电导率中%@$b&的影响电导率是电解催化一个重要的影响因素!提高渗滤液的电导率能提高反应降解速率&电导率增加需大量电解质!不仅增加溶液中电解质离子浓度*++!也增加费用&应用时需考虑费用和处理效果关系&(5,&常作溶液电导率调节剂是因为*,&_+在电解催化氧化反应体系中具有以下作用)!$*,&_+容易吸附在已钝化的电极表面!取代反应中的氧离子!生成可溶解氯化物而导致电极钝化层的溶解#)$*,&_+有利于提高渗滤液的导电能力!降低能耗#$*,&_+在电化学氧化过程中可生成氧化剂*,!A_+!起着非常重要的作用*=+&实验时在渗滤液中!添加不同浓度的*,&_+对,AK%(PC(的去除效果见图@和图#&图@和图#表明!随着添加的*,&_+浓度增加!(PC(%,AK去除速率显著提高!去除效果明显&表明一定浓度*,&_+在适合的电导率时对难降解有机污染物去除有相当强的协同效应&当添加的*,&_+浓度为#***9;eF!极板间距为!b*N9!电流密度为!*9BeN9)时!处理#*9./后(PC(和,AK的去除率分别可达D+bf和==bDf&图@添加的氯离子浓度对,AK去除率影响E.;’@7660N:%6[.66040/:N-&%4.[0N%/N0/:45:.%/1%/,AK409%85&066.N.0/NR图#添加的氯离子浓度对(PC(去除率影响E.;’#7660N:%6[.66040/:N-&%4.[0N%/N0/:45:.%/1%/(PC(409%85&066.N.0/NR!环境工程学报第!卷添加适当浓度的*,&_+对污染物去除有明显效果!但过多则效果并不明显&原因是电流密度一定时难降解物质的电化学氧化不充分!同时在电极表面可能有次级反应发生*D+!使得阳极钝化!表明*,&_+的间接氧化仅起到了一定的作用&电解质过多还可能引发盐分污染&另外!由实验结果发现!,AK的去除率受(PC(的影响&(PC(的去除总是优先于,AK的去除!只有在(PC(大部分去除后!,AK去除率才增加明显&在实际应用中!若有大量的(PC(!可在电解之前通过吹脱氮或生物脱氮!将(PC(大部分去除&或者是电催化脱氮后!采用生物法去除,AK!以降低能耗!节约电能&:’;6能耗估算电催化氧化法处理垃圾渗滤液的关键是运行成本!而能耗又直接和运行成本相关&因此对实验处理垃圾渗滤液进行能耗估算!对电催化氧化方法的经济性进行分析是一个重要的方面&实验能耗估算公式为)[+R.Y.2.!*-1/式中)[-能耗iG-e9$#2-电解时间-$#R-电流B$#/-处理水量9$#Y-槽电压$$&优化实验处理的影响参数!电解时!选取电流密度为!*9BeN9)总电压为)b)$!电流为!b)@B$!极板间距!b*N9!添加的*,&_+浓度为#***9;eF!电解!***9F渗滤液&在电解#*9./后!,AK和(P