電催化氧化法處理含鹽有機(jī)廢水方法

韓冬妮

（江蘇誠智工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司， 江蘇 徐州 221000）

0 引言

鹽度(以NaCl計(jì))大于或等于2%～5%的廢水統(tǒng)稱為高鹽廢水；主要來源于直接利用海水的工業(yè)生產(chǎn)，化工產(chǎn)品的制造及石油和天然氣的采集加工等過程。此類廢水中不僅含有Na+，Cl-，SO42-等無機(jī)離子，還具有高有機(jī)物、高色度、高粘性、高生物毒性等特征，若未經(jīng)處理直接排放，會對水環(huán)境產(chǎn)生極大的危害，從而影響到工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及動(dòng)物、人類的健康。

1 國內(nèi)采用處理方法介紹

目前，國內(nèi)采用高鹽廢水處理分為生物法、物理法、物化法等。生物法具有成本低、對環(huán)境影響小的特點(diǎn)，由于高鹽廢水中的無機(jī)鹽對微生物的生長具有抑制作用，因此耐鹽和嗜鹽微生物在生物法處理高鹽廢水時(shí)發(fā)揮出了關(guān)鍵的作用。但由于各種含鹽廢水含有的有機(jī)物成分各不相同，且高鹽微生物的生長條件苛刻，因此馴化出適合的耐鹽微生物存在較大的難度，在工程應(yīng)用方面受到較大的限制。多效蒸發(fā)技術(shù)屬于物理法，是多個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)后充分利用熱能的蒸發(fā)系統(tǒng)，操作時(shí)將一個(gè)蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽引入下一蒸發(fā)器，利用其凝結(jié)放出的熱加熱蒸發(fā)器中的水。此方法的優(yōu)點(diǎn)是分流與濃縮分別處理、效率高、反應(yīng)時(shí)間短，缺點(diǎn)是高溫能耗高、處理不徹底，含有揮發(fā)有機(jī)物時(shí)冷凝水很難達(dá)標(biāo)、原水分布膜管易于堵塞、維護(hù)復(fù)雜、產(chǎn)生的濃縮水更難處理。離子交換技術(shù)屬于物化法，是指以離子交換劑上的可交換離子與液相中離子間發(fā)生交換為基礎(chǔ)的分離方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是處理相當(dāng)徹底、不受環(huán)境條件限制，缺點(diǎn)是處理成本相當(dāng)高、再生困難、離子交換再生液的處理難度加大。

2 電催化氧化法

2.1 簡介

電解轉(zhuǎn)化技術(shù)包括電解還原和電解氧化、電吸附、電凝聚、電沉積等，其中電解氧化技術(shù)通過強(qiáng)氧化劑羥基自由基，可以使難生化降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易生化降解的有機(jī)物，極大地提高其可生化性，或使其礦化成二氧化碳和水，無二次污染，因而在國外，電解法水處理技術(shù)被譽(yù)為 “環(huán)境友好”技術(shù)（Environment Friendly Technology）[1]。

電催化氧化法主要分為原始二維電極法和填充床電極反應(yīng)器（Packed Bed Electrode Reactor，PBER），PBER是在二維電極法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高效的電解方法[2]。

電催化氧化反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是一種發(fā)生在固液界面上的異相電子轉(zhuǎn)移反應(yīng),因此能夠決定反應(yīng)速率的因子有固液接觸面積、電極電勢和電極表面反應(yīng)物種的形態(tài)及濃度。PBER的性質(zhì)來看電極反應(yīng)面積得到有效的放大，從而有效的擴(kuò)大了反應(yīng)速率；另一方面由填料、極板、廢水組成的電化學(xué)體系內(nèi)存在電阻，整個(gè)三維電極體系中電極電勢和電流在分布不均勻，且受到電解液流體狀態(tài)的影響關(guān)系也比較復(fù)雜，因此整個(gè)反應(yīng)設(shè)備設(shè)計(jì)與加工相比簡單的電化學(xué)反應(yīng)器有很多特殊之處。

2.2 反應(yīng)機(jī)理

根據(jù)氧化作用方式，有機(jī)物具有直接氧化和間接氧化2種分解機(jī)制。直接電極氧化是指被氧化物質(zhì)和電極直接進(jìn)行電子傳遞，有機(jī)物主要通過在陽極上發(fā)生的電催化反應(yīng)選被選擇性的氧化分解。反應(yīng)時(shí)，陽極的催化氧化能力由于被有機(jī)物吸附而減弱，因此選擇耐腐蝕的陽極材料十分關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)得出，電流密度越大，氧化能力越強(qiáng)，但隨著操作電壓的增加，超出析氧電位越大，發(fā)生的副反應(yīng)就越多，電流效率受到減弱，總之，陽極產(chǎn)生·OH量的多少決定了陽極氧化效率的大小。

3 廢水處理案例

一般的淡水微生物耐鹽度最高為2%左右，而且含鹽量越高生物活性越來越差；尤其對于COD質(zhì)量濃度較大（〉10 000 mg/L）的有機(jī)廢水處理效率十分有限；但鹽量以及環(huán)境條件的限制對于電化學(xué)處理方法而言影響較小，能夠?qū)Νh(huán)狀或者長鏈狀等大分子有機(jī)污染物進(jìn)行有效催化降解。在本文中，以核酸生產(chǎn)廢水、含酚廢水為處理對象，對于這2種廢水的水質(zhì)以及處理工藝進(jìn)行討論。

3.1 核酸生產(chǎn)廢水

核糖核酸[3]是一類應(yīng)用十分廣泛的生物大分子，是沒有分支的線性多聚糖核苷酸，它能夠?qū)Ρ磉_(dá)基因和生物合成蛋白質(zhì)起到有效的作用，而且還能對細(xì)胞的許多生理功能起促進(jìn)作用，是生命體地重要組成部分。由大連珍奧核酸福建莆田廠區(qū)提供，其排放出來的核酸廢水具有COD數(shù)值高、SS值大、pH值偏低、黏度大等特點(diǎn)。具體指標(biāo)見表1。

表1 核酸生產(chǎn)廢水水質(zhì)

目前針對核糖核酸廢水的有效處理較少，趙雪等[4]采用高負(fù)荷UASB厭氧處理工藝，在中溫(35～38℃)的條件下,UASB有機(jī)負(fù)荷3.0 kg/(m3·d)時(shí)，COD去除率可達(dá)到85%左右，出水平均pH值在7.0左右；胡云龍等[5]設(shè)計(jì)了混凝沉淀-二氧化氯催化氧化-生物接觸氧化法的組合工藝對核酸廢水進(jìn)行處理，開始階段對廢水在與反應(yīng)器進(jìn)行曝氣，接下來進(jìn)行物化加藥處理，進(jìn)過一定的過濾裝置后進(jìn)入生化反應(yīng)階段采用多級接觸氧化法對有機(jī)物進(jìn)行好氧處理，結(jié)果表明催化氧化過程效果顯著，可以極大的提高廢水中COD的去除率；趙志恒等[6]采用混凝-SBR的物化加生化處理工藝對核酸廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，混凝階段投加聚鐵、聚丙烯酰胺硅藻土等絮凝劑和吸附劑，同時(shí)用攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，此時(shí)產(chǎn)生的絮凝的物理過程去除廢水中大量的膠體和較大分子有機(jī)物，提高廢水的可生化性，此階段COD去除率大約為50%～60%，物化處理后的廢水進(jìn)入SBR處理階段，實(shí)驗(yàn)室改變曝氣量和曝氣時(shí)間能夠取得顯著的處理效果，最終COD去除率達(dá)到85%。

3.2 含酚模擬廢水

苯酚在工業(yè)廢水中分布范圍很廣，屬于有毒有害物質(zhì)，直接或間接地威脅著人類健康，高濃度揮發(fā)酚類污水處理。目前，對于苯酚廢水處理方案的研究較多，并且均取得了一定的研究成果。王發(fā)珍等[7]對某化工廠的苯酚廢水采用水解酸化-好氧的生物法工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，污泥接種某污水處理廠二沉池，厭氧污泥取自污泥濃縮池的兼性污泥，馴化7 d之后進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，控制水解池的停留時(shí)間為15 h，好氧池停留時(shí)間為23 h，運(yùn)行37 d后逐步增大進(jìn)水苯酚含量提高進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷COD去除率從75%增加到94%，得出結(jié)論：能夠培養(yǎng)出適合于毒性較大的苯酚廢水的微生物，當(dāng)進(jìn)水COD負(fù)荷逐漸增大時(shí)，處理效果依然較好，最終維持在90%以上；于季紅[8]利用微生物電極法處理苯酚廢水，菌種接種于某污水處理廠氧化溝工藝，按照逐漸增加苯酚并減少營養(yǎng)液的方法在厭氧條件下對其進(jìn)行培養(yǎng)，同時(shí)放入電極，改變溫度，pH值等條件，獲得的最好COD去除率達(dá)到96.6%。

近年來，采用新型的高級氧化法-電催化氧化法成為成為國內(nèi)外專家研究的熱點(diǎn)。丁巍巍等[9]通過自制的電化學(xué)反應(yīng)器對三維電極法處理苯酚廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在酸性條件時(shí)苯酚的去除效果最好，提高電壓可以獲得較好的出水水質(zhì)，曝氣是提供氧化劑的有效措施，控制在最佳反應(yīng)條件下的COD去除率能夠達(dá)到89.1%；景長勇等[10]采用電催化氧化法對苯酚廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在條件為電流密度40 mA/cm2、反應(yīng)時(shí)間為80 min、極板間距為2 cm，pH值為7.5的條件下苯酚的去除率超過98%。

為了使得研究具有一定的代表性配水時(shí)將苯酚濃度控制在大多數(shù)工業(yè)廢水苯酚含量范圍之內(nèi)，具體指標(biāo)見表2。

表2 含酚模擬廢水水質(zhì)

4 結(jié)論

電催化氧化技術(shù)是處理有毒有害、高鹽、高濃度有機(jī)廢水的有效方法，本文以核糖核酸生產(chǎn)廢水、模擬苯酚廢水為研究對象，針對廢水不同的性質(zhì)，在不同的工藝參數(shù)，電化學(xué)反應(yīng)的條件對處理結(jié)果的影響相當(dāng)大。工藝參數(shù)在工程應(yīng)用時(shí)選擇尤為重要，它會直接對運(yùn)行成本和費(fèi)用以及處理效果造成直接影響，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理工況進(jìn)行優(yōu)化。