电解氧化处理垃圾渗滤液技术
垃圾的卫生填埋是我国城市垃圾的主要处理方式之一,由此而产生的垃圾渗滤液是一种难处理的的高浓度有机废水,其水质水量变化大,成分复杂且随“场龄”变化。一般,垃圾渗滤液经生物处理后,其残留的COD仍较高,有的高达600~800 mg/L,且很难再处理。笔者采用电解氧化法对垃圾渗滤液进行深度处理,并对其工艺条件进行了研究,从而为工业化应用提供了理论基础。
1 材料及 方法
试验装置采用10 cm×10 cm×10 cm的电解槽两个,详见图1。电极材料:三元电极材料,SPR(RuO2-IrO2-TiO2),6 cm×8 cm;二元电极材料,DSA(RuO2-TiO2),6 cm×8 cm;石墨电极材料,6 cm×8 cm;不锈钢电极材料,6 cm×8 cm。
污水取自广州大田山垃圾填埋场,包括渗滤液原水和经过SBR生物处理后的出水,水质成分见表1。
表1垃圾渗滤液和SBR出水水质
水样 | BOD5(mg/L) | CODCr(mg/L) | NH3-N(mg/L) | 色度(倍) | 电导率(μs/cm) | pH | Cl-(mg/L) |
原水 | 4800 | 62000 | 2160 | 8000 | 20.5 | 7.62 | 3100 |
SBR出水 | 65.4 | 693 | 263 | 200 | 12.5 | 7.85 | 1650 |
分析方法:COD、BOD采用标准方法进行;pH采用PHS—2型酸度计测定;色度采用稀释倍数法;Cl-采用硝酸银滴定法;NH3-N采用纳氏比色法;余氯采用碘量法。
2 电极氧化机理
电极氧化机理可分为两个部分,即直接氧化和间接氧化。直接氧化作用是指溶液中·OH基团的氧化作用,它是由水通过电化学作用产生的,该基团具有很强的氧化活性,对作用物几乎无选择性。直接氧化的电极反应如下:
2H2O→2·OH+2H++2e-
有机物+·OH→CO2+H2O
2NH3+6·OH→N2↑ +6H2O
2·OH→H2O+1/2O2
若废水中含有高浓度的Cl-时,Cl-在阳极放出 电子 ,形成Cl2,进一步在溶液中形成ClO-,溶液中的Cl2/ClO-的氧化作用能有效去除废水中的COD及NH3-N。这种氧化作用即为间接氧化,反应如下:
阳极:4OH-→2H2O+O2+4e-
2Cl-→Cl2+2e-
溶液中:Cl2+H2O→ClO-+H++Cl-
有机物+ClO-→CO2+H2O
3 结果与讨论
3.1 不同电极的影响
不同电极材料的电解氧化性能不同,对目前国内烧碱行业用得较多的两种电极材料DSA(二元电极)和SPR(三元电极)以及石墨电极作了比较。分别以它们作阳极,取SBR反应器出水500 mL,电流密度10A/dm2,补充Cl-浓度至5 000 mg/L,电解4 h,电解效果如表2。
表2三种不同阳极材料处理渗滤液的效果
电极材料 | 石墨电极 | 二元电极DSA | 三元电极SPR |
COD去除率(%) | 43.0 | 76.2 | 82.0 |
NH3-N去除率(%) | 35.1 | 99.2 | 未检出 |
从表2中可以看出,COD和NH3-N的去除率以三元电极SPR为最高。电极材料中的高价金属离子(Ru4+、Ir4+、Ti4+)的存在有利于溶液中产生Cl2/ClO-,从而促进了对污染物的间接氧化作用,其中尤以SPR三元电极更为突出。图2为三种电极电解过程中余氯的变化。
图2表明,随着时间的变化,溶液中的余氯因电极种类的不同而不同,其中三元电极SPR对余氯的释放最为有利。它同时也表明,间接氧化在电解氧化过程中起着重要的作用。
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