電化學(xué)氧化法在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用

王 璐

(貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002)

電化學(xué)氧化法在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用

王 璐

(貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002)

對(duì)電化學(xué)氧化法在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用和研究進(jìn)展進(jìn)行了論述，分析了電化學(xué)氧化法中存在的問(wèn)題，并提出了未來(lái)的主要發(fā)展趨勢(shì)，以合理、有效地處理垃圾滲濾液。

高級(jí)氧化，電化學(xué)氧化，垃圾滲濾液，污水

1 概述

近十年來(lái)，我國(guó)城市垃圾的總量以每年10%的速率不斷增加，生活垃圾常見(jiàn)的處理方法有衛(wèi)生填埋、焚燒和堆肥等。由于衛(wèi)生填埋具有運(yùn)輸管理方便、處理費(fèi)用低、技術(shù)成熟等特點(diǎn)，而被各國(guó)廣泛采用，目前我國(guó)約80%的生活垃圾采用衛(wèi)生填埋方式進(jìn)行處理[1]。這必然會(huì)產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液，垃圾滲濾液是一種難處理的高濃度有機(jī)廢水，具有不同于一般城市污水的特點(diǎn)：BOD5和COD濃度高(COD一般在5 000 mg/L～20 000 mg/L)且BOD5/COD值低，氨氮、重金屬含量較高，其水質(zhì)水量變化大，成分復(fù)雜且隨填埋時(shí)間變化[2]。如何經(jīng)濟(jì)有效地處理垃圾滲濾液已成為垃圾填埋處理技術(shù)中的一大難點(diǎn)。由于垃圾滲濾液中含有各種難以生物降解或含有毒性物質(zhì)，且營(yíng)養(yǎng)元素失調(diào)，因而污水處理常規(guī)的生物法往往效果不佳。而物化處理法由于不受垃圾滲濾液水質(zhì)水量波動(dòng)的影響，出水水質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)難生物降解物質(zhì)處理效果較好而被廣泛應(yīng)用[3,4]。目前應(yīng)用較多的主要是高級(jí)氧化技術(shù)、吹脫法、吸附法、膜處理法等[5-7]。有學(xué)者對(duì)在垃圾滲濾液處理中的高級(jí)氧化技術(shù)如臭氧氧化、光催化氧化、Fenton法、電化學(xué)氧化法等進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)由于電化學(xué)氧化技術(shù)具有將有機(jī)污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2和H2O，可在常溫常壓下進(jìn)行，并且不產(chǎn)生二次污染易于控制等優(yōu)點(diǎn)，而被稱(chēng)為是“環(huán)境友好技術(shù)”，是目前最可能被工業(yè)化利用的技術(shù)之一[8-10]。本文主要介紹電化學(xué)氧化法在垃圾滲濾液處理中的研究和應(yīng)用。

2 電化學(xué)氧化法處理垃圾滲濾液研究進(jìn)展

早期，電化學(xué)氧化法主要應(yīng)用于工業(yè)廢水的處理，如皮革廢水、染料廢水及含酚廢水等[9，10]。近十年來(lái)，電化學(xué)氧化法開(kāi)始逐漸應(yīng)用于垃圾滲濾液的處理。

2.1 電化學(xué)氧化預(yù)處理垃圾滲濾液研究

垃圾滲濾液具有成分復(fù)雜、水質(zhì)水量變化大、有機(jī)物和氨氮濃度高且微生物營(yíng)養(yǎng)元素比例失衡等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)，如吹脫法、化學(xué)混凝沉淀法、厭氧法、吸附法等處理效果較差[11]。在此基礎(chǔ)上，近年來(lái)，各學(xué)者相繼研究了電化學(xué)氧化法在垃圾滲濾液的預(yù)處理中的應(yīng)用。

Chiang等[12]采用電化學(xué)氧化法對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)果表明COD、氨氮的去除率可分別達(dá)到90.3%和80.1%。

Cossu等[13]采用PbO2/SnO2為陽(yáng)極處理垃圾滲濾液，可使COD值降至100 mg/L以下，氨氮幾乎完全去除。

鄧?yán)蚓甑萚15]以氣體擴(kuò)散電極為陰極，不銹鋼板為陽(yáng)極，向電解槽中通入空氣，對(duì)垃圾滲濾液的降解進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：在電流密度為30 mA/cm2、電極距離為2 cm,pH=3.5,[Cl-]=6 000 mg/L,投加的FeSO4·H2O=0.80 g時(shí)，廢水CODCr去除率可達(dá)75.62%。

劉珊等[16]采用正交試驗(yàn)的方法確定了在處理時(shí)間為120 min，電流密度7.5 A/dm2，極板間距5 mm，陽(yáng)極板材為SnO2/Ti，陰極為不銹鋼，NaCl投加量為2 g/100 mL時(shí)，COD的去除率可達(dá)到68.94%，氨氮去除率達(dá)到了70.4%。通過(guò)GS/MS對(duì)處理前后有機(jī)污染物的定性分析表明，電化學(xué)氧化預(yù)處理后，復(fù)雜有機(jī)物如多級(jí)、多環(huán)碳鏈結(jié)構(gòu)的化合物轉(zhuǎn)化成為了簡(jiǎn)單的小分子有機(jī)物質(zhì)，水質(zhì)的可生化性顯著提高。

2.2 電化學(xué)氧化法深度達(dá)標(biāo)處理垃圾滲濾液

由于垃圾滲濾液可生化性低、毒性高，采用生物處理法雖然成本低，但處理效果通常不理想，難以達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，因而需在生物處理工藝后添加深度處理技術(shù)。目前現(xiàn)有工程主要應(yīng)用的是膜技術(shù)，目的是進(jìn)一步去除垃圾滲濾液中的難降解有機(jī)物、氨氮、總氮等，如“NF+RO”的“雙膜法”技術(shù)。但是反滲透技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在膜的更換周期短、投資運(yùn)行成本高、濃縮液難以處理等問(wèn)題[17，18]。在此基礎(chǔ)上，各學(xué)者研究了電化學(xué)氧化法在滲濾液深度處理中的應(yīng)用。

王鵬等[19]采用電化學(xué)氧化和UASB結(jié)合技術(shù)對(duì)含COD和NH3-N分別為4 750 mg/L和1 310 mg/L的垃圾滲濾液進(jìn)行處理，將UASB預(yù)處理后的出水引入電化學(xué)氧化反應(yīng)器進(jìn)行深度處理，經(jīng)過(guò)6 h的電解間接氧化，COD和NH3-N的去除率分別達(dá)到87%和100%，且電能消耗小于55 kWh/kg。

李小明等[20]用電化學(xué)氧化法對(duì)垃圾滲濾液作深度處理，在pH=4,Cl-濃度為5 000 mg/L,電流密度為10 A/dm2,SPR為三元電極，電解時(shí)間為4 h,進(jìn)水COD和NH3-N分別為693 mg/L和263 mg/L時(shí)，COD和NH3-N的去除率分別為90.6%和100%。

蔣楨蕓等[21]采用了單室電極、平板Ti/PbO2陰極雙室電解和氣體擴(kuò)散陰極(GDE)雙室電解3種方式對(duì)兩級(jí)礦化垃圾床出水進(jìn)行了深度處理研究，結(jié)果表明3種電解方式對(duì)垃圾滲濾液都具有很好的脫色效果，其中氣體擴(kuò)散電解為陰極的雙室電解，TOC去除效果最好，電解2 h后，陽(yáng)極液TOC去除率為55%，陰極液TOC去除率為41%，實(shí)現(xiàn)了陰極和陽(yáng)極的雙極氧化，可顯著降低能耗。

Firas Feki等[22]分別研究了Ti/Pt、石墨和PbO2作為電極的電化學(xué)氧化法后處理膜生物反應(yīng)器處理過(guò)的垃圾滲濾液，發(fā)現(xiàn)Ti/Pt電極處理效果最好，在最優(yōu)操作條件下，最后的COD和TKN值分別為1 000 mg/L和86 mg/L。最后處理出水的COD,TKN,色度,pH值均滿足排放要求。結(jié)果表明MBR與電化學(xué)氧化法組合工藝可穩(wěn)定地處理垃圾滲濾液，COD,TKN和色度分別可去除85%,94%和99%。且能耗可從單一電化學(xué)氧化法的127 kWh/kg COD降至60 kWh/kg COD。

2.3 電化學(xué)氧化法與其他工藝聯(lián)合處理垃圾滲濾液

電化學(xué)氧化處理垃圾滲濾液的處理成本是限制其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的一個(gè)重要影響因素，因而，如何降低能耗是未來(lái)電化學(xué)氧化垃圾滲濾液的重要研究方向。

褚衍洋等[23]提出采用回灌+鐵促電化學(xué)氧化工藝來(lái)處理垃圾滲濾液的可能性，在傳統(tǒng)的電解氧化過(guò)程中，污染物主要依靠高級(jí)的氧化作用而去除，而在鐵促電解法中，引入亞鐵鹽，強(qiáng)化了電化學(xué)氧化有機(jī)物的能力，增加了滲濾液的電導(dǎo)率，可降低電解槽的電壓節(jié)約能耗。研究結(jié)果表明采用該工藝可將滲濾液的COD降至300 mg/L，NH3-N降低到15 mg/L，達(dá)到滲濾液排放標(biāo)準(zhǔn)。

最近研究表明，電化學(xué)氧化法與光化學(xué)法聯(lián)合處理垃圾滲濾液的效果均高于兩者單獨(dú)處理。如Shuhu Xiao等[24]使用了RuO2/Ti作為陽(yáng)極，研究紫外照射聯(lián)合電化學(xué)法處理垃圾滲濾液的效果，結(jié)果表明在原始pH、不添加電解液、電流密度為50 mA/cm2時(shí)，能脫除100%的氨氮和顏色,TOC也能去除80%，COD也從最初的560 mg/L降至50 mg/L。

肖書(shū)虎等[25]也進(jìn)行了紫外光強(qiáng)化電化學(xué)氧化法處理垃圾滲濾液的研究，發(fā)現(xiàn)光電強(qiáng)化電化學(xué)過(guò)程能生成大量的有機(jī)羧酸等小分子有機(jī)物，從而明顯改善滲濾液的可生化性，結(jié)果表明：紫外光強(qiáng)化電化學(xué)法處理垃圾滲濾液的COD和NH3-N去除率可分別達(dá)到74.3%和94.9%，同時(shí)BOD5/COD提高了12倍。

通過(guò)以上分析可知，限制電化學(xué)氧化法廣泛應(yīng)用的最大障礙即能耗問(wèn)題，通過(guò)電化學(xué)氧化法與其他工藝的聯(lián)合使用，可逐漸減少電能的消耗，如何更好地降低能耗需要進(jìn)一步地研究。

3 結(jié)論與展望

通過(guò)以上分析可知，利用電化學(xué)氧化法處理垃圾滲濾液，不管是用于預(yù)處理還是深度處理，均可獲得較好的去除效果。然而目前我國(guó)采用的電化學(xué)氧化技術(shù)還不太成熟，仍存在一系列的問(wèn)題：

1)目前的電化學(xué)氧化法處理垃圾滲濾液的研究多處于實(shí)驗(yàn)階段，能否用于大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用之中，有待進(jìn)一步研究。

2)由于垃圾滲濾液的水質(zhì)水量波動(dòng)較大，從實(shí)驗(yàn)研究中得出的影響因素和最優(yōu)處理?xiàng)l件可能不適合具體的各種滲濾液的處理。

3)電化學(xué)氧化法僅適用于小規(guī)模且出水水質(zhì)要求高的垃圾滲濾液的處理，而且運(yùn)行費(fèi)用昂貴。

電化學(xué)氧化處理垃圾滲濾液的處理成本是限制其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的一個(gè)重要影響因素，因而，如何降低能耗是未來(lái)電化學(xué)氧化垃圾滲濾液的重要研究方向。在實(shí)際應(yīng)用中，考慮其經(jīng)濟(jì)可行性，應(yīng)結(jié)合其他技術(shù)，在保證去除率的情況下，盡量減少能耗，提高電流效率。如電化學(xué)氧化法與生化處理技術(shù)的聯(lián)合，電化學(xué)氧化法與膜技術(shù)聯(lián)合使用等。此外，若能利用垃圾填埋場(chǎng)本身產(chǎn)生的沼氣發(fā)電提供電化學(xué)氧化法所需電能則可進(jìn)一步擴(kuò)大電化學(xué)氧化法的應(yīng)用。

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The application of electrochemical oxidation in leachate treatment

Wang Lu

(ArchitecturalDesignInstituteofGuizhouProvince,Guiyang550002,China)

This paper discusses the recent application, research and development of waste leachate treatment in chemical oxidation method. At the same time, some problems of the electrochemical oxidation and the main development trend of the future were analyzed, in order to reasonably and effectively handle leachate.

advanced oxidation， electrochemical oxidation， leachate, sewage

2014-11-21

王 璐(1987- )，女，碩士，工程師

1009-6825(2015)04-0199-03

X705

A