催化电解法处理垃圾渗滤液的研究

催化电解法处理垃圾渗滤液的研究王敏．等　催化电解法处理垃圾渗滤液的研究　王（１．北京建筑工程学院城建系，北京敏李小明　４１００８２）　１０００４４：２湖南大学环境工程幕，长沙摘要：对垃般渗滤液的ｓＢＲ处理出承进行了催化电解的正交实验研究　结果表明．其最佳工艺条件：ｐＨ为８．电捱材料为ＲｕＯ２．　Ｉｒ　—ＴｉＯ２ｆＴｉ．电流密度为１０Ａ／ｄ　．电报间距为０　５ｃｍ．【ａ　］为Ｉ［Ⅲ００ｍｇ／Ｉ　．ＳＡ’／Ｌ为５０￣／ｌ　。在此条件下．电解４８ｍｉｎ时．ＣＯＤ去　除率选８２．６％．电流被率为３１　６％．耗电世为３２．４ｋｗｈ，ｔ承　关键词：垃垭　渗滤澈；催化电解；正变实验；冠佳工艺条件　中国分类号：Ｘ７０５　文献标识码：Ａ　文章编号：１￣Ｊ０３　６５０４｛２０４］２ｌ（Ｉ２．００１７－（１３　经过ＳＢＲ法处理过的垃圾渗滤液中难生物降解　有机物浓度较高．其ＣＯＤ、ＢＯ　浓度均未达到国家　一电　级排放标准。其ＢＯＤ　／ｃ０Ｄ低于０．１，可生化性差，　应采用物化方法进行深度处理，考虑到垃圾填埋场产　生的沼气能用于发电，故对催化电解法的工艺条件进　行实验研究。催化电解法中ＣＯＤ、ＮＨ３一Ｎ的去除，　通常都是由于阳极的直接氧化作用和溶液中的间接氧　化作用：阳极直接氧化是由于水分子在阳极表面上放　电产生被吸附的－ＯＨ．－ＯＨ对被吸附在阳极上的有机　物的亲电进攻而发生氧化反应；间接氧化是在电解过　程中通过电化学反应产生了强氧化剂．如Ｃ１０…、高　阳投　机物　直接氧化作用　图１　电化学氧化中污染物的去除机理　表１渗滤液原水和渗滤液ＳＢＲ出水水质　水质指标　水质变化范围　渗滤液原水　渗滤液ＳＢＲ出水　价金属离子　等，有机物在溶液中被这些氧化剂所氧　化。这两种去除机理可用图１表示。用反应式分别表　示为式（ａ一１一ａ一４）－－（ｂ一１一ｂ．５）　阳极：　２Ｈ２Ｏ一２－ＯＨ＋２　Ｈ　＋２ｅ　Ｎ，＋６Ｈ，Ｏ　（ａ一１）　（ａ一２）　２ＮＨ３＋６・ＯＨ—有机物＋・ＯＨ—２’ＯＨ—阳极：　Ｃｌ’一ｃ０２＋Ｈ　０　（ａ一３）　Ｈ２Ｏ＋１／２０２　ａ，＋２ｅ　（ａ一４）　（ｂ一１）　１　２实验装置（见图２）　ＤＦ１７３１ＳＣＳＡ型双路直流稳压电源一台；数显万　用表一个；电解槽：１０ｃｍ×１０ｃｍ×１２ｃｍ硬塑料槽两　个；２０００ｍｌ烧杯两个；７８—１型磁力加热搅拌器两台；阴　溶液中：　Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ—ＨＯＣｌ＋Ｈ　＋Ｃ１　ＮＨ２ａ＋　Ｏ＋Ｈ　ＮＯＨ＋２Ｈ　＋２Ｃ１‘　（ｂ一２）　（ｂ一３）　（ｂ一４）　ＨＯＣＩ＋ＮＩ－ｈ—ＮＨＣＩ２＋Ｈ２Ｏ—极：不锈钢（５×８∞　两片；５×１．５ｃｍ　两片）；阳极：　Ｒｕ０２．ｆｒＯ２一ＴｉＯ２／Ｔｉ（三元电极ＳＰＲ）（５×８ｃｍ　、６１　ＮＨＣ１２＋ＮＯＨ—Ｎ２＋Ｈ￣ＣＩ＋Ｈ　＋Ｃ１。（ｂ一５）　５ｒａｍ细网各两片；５×１．５ｃｍ　、矾５ｒａｍ细网各两片）；　Ｒｕ０２一ＴｉＯ２／Ｔｉ（－－－元电极ＤＳＡ）（５×８ｃｍ　、８１．５ｍｍ细　网各两片；５×１．５ｃ　、６１．５ｍｍ细网两片）；石墨片（５　×８ｃｒＤ．２、５×１　５ｃｒＤ２）各一片，Ｐｂ０２／Ｔｉ细网（５　Ｘ　８ｃｒＤ．２、５　．１宴验部分　１　１实验水样水质　渗滤液水样取自广州大田山垃圾填埋场。实验水　质见表１。　作者简介：王敏（１９６９一）．女　硕士．已世表论文５篇　×１．５ｃｍ２）各一片（阴极和阳极预先在电解液中进行　极化一天）　１．３材料的制备、要求　（１）Ｔｉ　—Ｒｕ０２一ｆｒｏ２／Ｔｉ三元电极制备：　１７・　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｌ｜：诧对鹳砝求第２５卷第２期２ＯＯ２￣ｇ　３月　：譬　搀器　：：昙嚣直流稳压电巍　图２催化电解装置图　①ＩｒＣ１３・ｎＨ２Ｏ　ＲｕＣｌ３・７Ｈ２Ｏ　ＴｉＣＩ　②刷于Ｔｉ丝网上　③蒸发干燥（０２流速为５Ｌｌｍｉｎ）　一　④在５００＇ｇ的马弗炉中烧５ｍｉｎ　一　②③④步重复直到氧化膜厚度达２Ｆ＊ｍ，最后在　５℃下谇火ｌ　ｈ以上。　（２）ＲｕＣ￣一ＴｉＣ）２／Ｔｉ电极制备：　一　一ＲｕＣｈ・ｎ　Ｏ　（摩尔比３：２：５）溶于　１：ｌ的ＨＣＩ水溶液中　以下同（１）　Ｔ　ＣＬＩ　１．４监测项目及分析方法　Ｊ：　化学需氧量（ｃ０　）：催化快速法　氨氮（ＮＨ１一Ｎ）：分光光度法与蒸馏滴定法　ＰＨ值：ＰＨＳ－２Ｃ型精密酸度计和精密试纸　色度：稀释倍数法　氯离子（ｃ１）：硝酸银滴定法　１．５实验设计　催化电解氧化工艺涉及的因素较多，为了考察各　因素之间的相互影响及各因素对催化电解氧化渗滤液　中ＣＯＤ、ＮＨ　一Ｎ电流效率的练合影响，采用正交实　验法，以ＣＯＤ　去除反应的电流效率作为考察指标。　实验因素有：电极材料、电流密度、［ｃ１］、电极间距、　单位体积所用电极面积ＳＡ’／ｋ选用５因子（４因子　４水平．１因子２水平）正交实验，各因子水平如表２。　表２正交实验各园子水平　１　６电流效率的确定　有机物的电解氧化过程中确定电流效率有氧气流　速率方法【　、ＣＯＤ方法。在此采用ＣＯＤ方法。　ＣＯＤ方法，其电流效率可用下式来计算：　肛＝　ｙ　式中ＣＯＤ　一ｔ时刻的ＣＯＤ值（ｇ／Ｌ）　ＣＯＤ…　一ｔ＋６ｔ时刻的ＣＯＤ值（ｇ／Ｌ）　Ｉ一电解电流（Ａ）　Ｆ一法拉第常数＜９６４８７Ｃ／ｍｏ１）　Ｖ一电解质体积（Ｌ）　１．７研究方法　通过计算保证１Ｌ渗滤液中所有ＣＯＤ（７００　ｒ￣，／Ｌ）、ＮＨ３－Ｎ（２６３ｍｇ／Ｌ）完全被去除所需电荷约为　３．６Ａｈ，所以固定单位体积的渗滤液所通过的电荷量　为４Ａｈ，即根据不同的电流密度来确定电解时间。　２结果与分析　２　３　４　５　６　７　８　９　¨￡！　¨　２．１　ＣＯＤ去除的电流效率。实验结果见表３　，　，，，　表３正交实验数据表　实验号Ａ　Ｄ　Ｆ　Ｂ　Ｇ　Ｅ　ｃ击　黯％）电　率　ｉｌ　２　３　４，２　３　４●２　３　４　Ｏ　６　６　＂毗　９　６　５　１　６　９　４　９　３　”　４　６　３　∞神　８　ｍ　Ｈ　坫　；乌　∞　盯博　Ｈ　如”Ⅱ¨如＂如如＂　帅枷蚰竹　Ｊ　１８．２　８．４６　１４　４３　ｌ７．４　８．０７　１６．　６　６５　ｌ９　６２　８　Ｉｌ３　２０　ｉ７　０．８　【８１　５　７３　（１）直观分析　根据ＣＯＤ的去除率计算出电流效率见表３。８号　实验的电流效率达２５．９７％，是较好的工艺条件。通　过比较每一因素的平均电流效率（　）得出：电极材料对　电流效率的影响最大．以ＳＰＲ为阳极时，电流效率最　高。比较极差Ｒ的大小，得出对ＣＯＤ去除的电流效　率影响的大小顺序是：电极材料、［ｃ１］、电流密度、单　：２　吣　９　维普资讯 http://www.cqvip.com

位体积渗滤液所用电极面积、电极间距。将平均电流　效率描成点图（见图３）。　哥　桀　龌＿　诤　因子水平　３各因子水平对ＣＯＤ去除电流效率的影响　（２）方差分析　对ＣＯＤ去除的电流效率进行方差分析，将结果列　入表４中。困紊Ａ、Ｂ、ｃ即电极材料、［ｃＩ］、电流密度　对ＣＯＤ去除的电流效率的影响是显著的（给定显著性　水平　＝０　１）。影响从大到小的顺序为ＡｃＢＤＥ，准最　优方案为Ａ，Ｂ４ｃ４Ｄ【Ｅ１。正交表中没有这个方案。　表４　ＣＯＤ击除的电流效率方差分析表　Ｆ０　１　Ｃ３，２）：９　１５　ｌｌＩ（１，２）＝８　５３　（３）最优方案的确定　在ＳＰＲ（５×８ｃｍ２）为阳极、电流密度为ｌＯＡ／　、　［ａ】：１００００ｍｇ／Ｌ、电极间距ｄ：０．５ｃｍ的条件下，电　解８０Ｏｒａｌ渗滤液（（］０日，＝６５３ｍｇ／Ｌ）４８ｍｉｎ（保证１Ｌ渗滤　液所通过的电量为４Ａｈ）。实验结果见表５。通过计算　耗电量为３２．４ｋｗｈ／　。【）∞去除反应的电流效率为　３６　１％，高于第８号实验的２５．９７％。最后确定催化电　解氧化渗滤液中ＣＯＤ的适宜工艺参数见表６。　表５最优方案工艺参数下的实验毂据　２．２　Ｎ　—Ｎ的去除　在表４的正交实验中，所有实验水样电解后的　【Ｎ　一Ｎ】均在０—５．０ｍｇ／Ｌ范围内，去除率几乎为　１００％。从这个现象可看出，Ｎ　一Ｎ的去除比ＣＯＤ　催化电解法处理垃圾渗滤液的研究王敏．等　的去除占优势，在上述最优实验的各种工艺参数下，　Ｎ玛一Ｎ的去除几乎为１００％。　衰６适宜工艺参数表　３结论　（１）电流密度越高，阳极电极电位越高，阳极表面　的催化位置的氧化作用越强．但如果电极电位太高。析　氧副反应将浪费很多电能，使电流效率降低。　（２）对于电解含ｃｌ的渗滤液Ｒｕｏ２一Ｉ　—　Ｔ　０２／Ｔｉ电极比ＲｕＯ２－－ＴｉＯ２ＩＴｉ电极的催化能力强。　（３）［ｃｒ】增高，ＣＯＤ的去除率升高，说明ａ２／　（２１０一发生了间接氧化作用，故在电解渗滤液工艺中应　加入适量的ＮａＣＩ，一方面有利于提高ａ一浓度，另一　方面有利于提高电解质的导电率。　（４）电极间距应尽可能减小．以减少水的发热从而　节约电能。　（５）在电解过程中，ＣＯＤ和ＮＨ３一Ｎ的去除之间　存在着竞争，而且Ｎ飓一Ｎ的去除占优势。　（６）催化电解最佳工艺条件：［ａ一】为ｌＯ００／｝ｍｇ／　Ｌ；电极材料为Ｒｕｏ２一Ｉｒｏ２一Ｔｉ０２／Ｔｉ；电流密度为　ｌ０Ａ／ｄｍ２；电极间距为０　５ｅｒａ；ＳＡ。／Ｌ为５０ｃｍ　／Ｌ。　【参考文献］　［１］Ｍｍａｄｉａ　Ｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｄｎｘ　ｆｏｒ　ｗａｓｔｅｗａｔ￣￣ｔｒｅａｔ．　ｍｅｎｔ［Ｊ］ｗａｔ　Ｓｏｌ　Ｔ，ｍｈ，１９８２。１４：３３１－－３４４．　【２］　Ｆａｎｎｔ　ｊ　Ｃ，ｎ　ａ１　Ｅｌｅｃｔｒｏｅｈｅｍｉｃ目１　ｔｒｅａｔｍｅｏｔ　ｏ｛ｍｉｘｅｄ　ａｎｄ　ｈａｚａｒｄｏＬ　ｗａｓｔ∞　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｅｈｙｌｅｎｅ　８Ｉｙｃａｌ　ａｎｄ　ｂｅｒｍｅｎｅ　ｂｙ　ｓｉｌｖｅｒ（Ⅱ）［Ｊ］．Ｊ．Ｅｌｅｅｔｒｏｅｈｅｍ．Ｓｏｃ，１９９２，１３９；６５４～　６６２．　［３］魏复盛，等水和废水监｛赠分析方法指南［Ｍ］．北京；中国　环境科学出版社，１９９４　［４］　Ｃｈ　Ｃｏｍｎｉｎｅｌｌｉｓ，ｅｔ　ａ１．Ａｎｏｄｉｃ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｈｅｎｏｌ　ｔｏｒ　ｗ鸲把　睫ｒ　ｔｒｅｔｌｔｒｔｌｅｎｔ（Ⅱ）【Ｊ］　ｊ　Ａｐ　Ｅｋ￡ｔｔｏｃｈ　，　１９　．２２：１９～２６．　【５］　ｃｈ　ｃｏｍｎｔｎｄｌｉｓ，ｅｔ　ａ１．Ａｎｏｄｉｅ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｈｅｎｏｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｃｅ　ｏｆ　ＮａＣＩ　ｆｏｒ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ【Ｊ】．Ｊ　Ａｐｐｌｉ．　ＥＩｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉ，１９９５，２５：２３～２８　（收修改稿日期：２００１．１２４）２）　・１９・