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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后,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,并對其工藝條件進行了研究,從而為工業化應用提供了理論基礎。
1 材料及 方法
試驗裝置采用10 cm×10 cm×10 cm的電解槽兩個,詳見圖1。電極材料:三元電極材料,SPR(RuO2-IrO2-TiO2),6 cm×8 cm;二元電極材料,DSA(RuO2-TiO2),6 cm×8 cm;石墨電極材料,6 cm×8 cm;不銹鋼電極材料,6 cm×8 cm。
污水取自廣州大田山垃圾填埋場,包括滲濾液原水和經過SBR生物處理后的出水,水質成分見表1。
表1垃圾滲濾液和SBR出水水質
水樣 | BOD5(mg/L) | CODCr(mg/L) | NH3-N(mg/L) | 色度(倍) | 電導率(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采用標準方法進行;pH采用PHS—2型酸度計測定;色度采用稀釋倍數法;Cl-采用硝酸銀滴定法;NH3-N采用納氏比色法;余氯采用碘量法。
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:
2H2O→2·OH+2H++2e-
有機物+·OH→CO2+H2O
2NH3+6·OH→N2↑ +6H2O
2·OH→H2O+1/2O2
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-
2Cl-→Cl2+2e-
溶液中:Cl2+H2O→ClO-+H++Cl-
有機物+ClO-→CO2+H2O
3 結果與討論
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)以及石墨電極作了比較。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+)的存在有利于溶液中產生Cl2/ClO-,從而促進了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余氯的變化。
圖2表明,隨著時間的變化,溶液中的余氯因電極種類的不同而不同,其中三元電極SPR對余氯的釋放最為有利。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。