王 榮， 徐景炎

(山西清源環(huán)境咨詢有限公司，山西 太原 030012)

電解催化氧化法廢水處理分析

王 榮， 徐景炎

(山西清源環(huán)境咨詢有限公司，山西 太原 030012)

隨著城市化進(jìn)程的加快，各種工業(yè)廢水中的有機(jī)物含量增多，傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)已經(jīng)不能保證所有的污染物被分解，污水處理技術(shù)需要改進(jìn)。結(jié)合電解催化氧化技術(shù)，重點(diǎn)對有機(jī)物廢水處理進(jìn)行分析。以氨氮、苯系廢水等為例，分析電解催化氧化技術(shù)在廢水處理中的具體應(yīng)用，探尋合適的污水處理方式。

電解；催化氧化；廢水處理

早在20世紀(jì)70年代，聯(lián)合國水資源會(huì)議上便提出“水資源可能會(huì)在不久之后產(chǎn)生巨大的社會(huì)危機(jī)?！苯陙恚覈乃Y源污染現(xiàn)象嚴(yán)重，大量的水污染事件頻發(fā)，內(nèi)陸水域的水化現(xiàn)象嚴(yán)重，各種水體富營養(yǎng)化問題對我國的生態(tài)環(huán)境有著嚴(yán)重的影響，水體污染造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。城市化進(jìn)程的加快，使得污水中的有機(jī)物含量越來越高，種類也越來越多，但有機(jī)物處理方法較為滯后，并不能保障污水中有機(jī)物的完全分解，污水處理技術(shù)需要進(jìn)行研究與改進(jìn)。

1 我國污水處理現(xiàn)狀

隨著工業(yè)化發(fā)展及工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，污水中的有機(jī)物增多，污染級(jí)別也越來越高，嚴(yán)重威脅著人們的生產(chǎn)和生活。有關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，2010年我國的污水處理率雖然已經(jīng)達(dá)到了76%以上，但廢水的綜合處理仍然較弱，高濃度有機(jī)物廢水的處理更是十分脆弱，很多有機(jī)廢水未經(jīng)處理排入水體，不僅造成大量的經(jīng)濟(jì)損失，而且影響生態(tài)環(huán)境。

按照污水中含有的有機(jī)物類型及來源，可以將其分為3類：一是能夠被微生物分解利用，并且不含有有害物質(zhì)、不會(huì)對生態(tài)環(huán)境造成污染的有機(jī)廢水，如屠宰等產(chǎn)生的廢水；二是能夠被微生物分解利用，但含有一定有害物質(zhì)的有機(jī)污水，如各種藥物制造產(chǎn)生的污水；三是很難被微生物分解利用，且含有較多有害物質(zhì)的有機(jī)污水，對環(huán)境的污染程度較大，必須進(jìn)行深度污水處理。目前，我國對于第3種有機(jī)污水的處理方法相對較為滯后，很多地方并不能夠很好地對其進(jìn)行無害化處理，導(dǎo)致有害物質(zhì)被排入水體，產(chǎn)生水體的富營養(yǎng)化等現(xiàn)象，造成經(jīng)濟(jì)損失。

2 電解催化氧化法

電解催化主要是將污染物在電極表面直接進(jìn)行降解，或者由于電場作用在自由基的作用下進(jìn)行降解，能夠產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)的主要是電催化電極，包括陽極氧化、陰極還原、陰陽協(xié)同3種類型。研究與應(yīng)用最多的便是陽極氧化類型。

陽極氧化分為陽極直接氧化與間接氧化2種方式。直接氧化是將污染物集聚到電極表面，污染物在電極電子的作用下被降解；間接氧化是污染物被電極產(chǎn)生的強(qiáng)氧化劑氧化，從而產(chǎn)生降解作用[1]。

以陽極間接氧化為主要研究對象。間接氧化不僅可以起到直接氧化的作用，而且可以因?yàn)殡姌O產(chǎn)生的強(qiáng)氧化劑，間接氧化污水中的有機(jī)物，污水有機(jī)物處理率及處理效率提高，能夠更好地達(dá)到有機(jī)物降解目標(biāo)，有機(jī)污水的無害化處理相較于直接氧化會(huì)有更好的效果。見第141頁圖1。

圖1 陽極氧化作用示意圖

目前，電解催化氧化技術(shù)應(yīng)用的廢水處理環(huán)境較差，污染物的濃度也較高，電催化陽極除了需要具備一般的陽極材料最基本的要求之外，還需要具備一些必備的特殊性能，以便于更好地進(jìn)行有機(jī)物電解氧化。1) 需要具有良好的耐沖刷性能，在污水處理過程中能夠延長使用壽命，不易發(fā)生龜裂等現(xiàn)象；2) 電極性能要相對穩(wěn)定，耐腐蝕性較強(qiáng)，電導(dǎo)率較高，能夠很好地降低能耗，同時(shí)減少污水處理成本；3) 選擇性較好，能夠有較大的可使用面積，增加催化效果，同時(shí)最大程度地減少副反應(yīng)的發(fā)生；4) 電極的制作工藝簡單，成本較低，能夠進(jìn)行大量的工業(yè)化生產(chǎn)。目前，應(yīng)用較多的主要有金屬電極、金屬氧化物電極及碳素電極等等。

3 電解催化氧化技術(shù)的應(yīng)用

電解氧化法有著超強(qiáng)的氧化作用，可以對廢水中的有機(jī)物進(jìn)行大量的降解，以含氮廢水處理為例，電催化法對于含氮廢水的處理有著很大的優(yōu)勢。

3.1 垃圾滲濾液廢水

這種廢水中的污染物毒性較強(qiáng)、化學(xué)成分復(fù)雜、含氮量極高，運(yùn)用尋常的工藝很難處理。電解催化氧化法可以利用自身處理優(yōu)勢，將較難降解的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^易降解的物質(zhì)，有的可以轉(zhuǎn)化為生物可降解物質(zhì)，有效提高廢水的可生化性。電解催化氧化可以將垃圾滲濾液中的氨氮有效去除，對于較難降解的有害物質(zhì)進(jìn)行降解，便于后續(xù)物理化學(xué)的污水凈化處理。Firas Feki等分別以Ti/Pt、石墨和PbO2為電極，制作電化學(xué)氧化膜生物反應(yīng)器，探討其處理垃圾滲濾液的效果。結(jié)果顯示，MBR與電解催化氧化方法相結(jié)合，可以高效地處理垃圾滲濾液，且對于氮及色度的降解處理率均能夠達(dá)到90%以上，對于垃圾滲濾液廢水處理有著明顯的優(yōu)勢。

3.2 氨氮廢水處理

近年來，隨著工業(yè)化及化學(xué)技術(shù)發(fā)展，廢水中的氨氮含量持續(xù)增多，已經(jīng)成為我國水污染的主要約束性指標(biāo)之一，對于水體污染及廢水處理效果有著很大的影響。電解催化氧化法主要是通過陽極間接氧化作用將廢水中的氯離子通過氧化劑作用轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚月?，活性氯便可以將廢水中的氨氮氧化，最終轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)猓瑥亩鴮U水中的氨氮去除。劉敏針對電解催化氧化方法在養(yǎng)豬廢水中氨氮去除作用的研究發(fā)現(xiàn)，廢水中的有機(jī)物降解可以有效地補(bǔ)充廢水中堿度的損失，電解時(shí)間的延長可以有效地提高氨氮及其他有機(jī)物的降解去除率，證明了電解催化氧化對于廢水中氨氮有機(jī)物的處理優(yōu)勢[2]。但經(jīng)過多位學(xué)者研究表明，電解催化氧化雖然能夠很好地去除廢水中的氨氮，但以目前的電解技術(shù)而言，能耗消耗較高，需要將電氧化用到最合適的處理工藝段，以降低能耗，同時(shí)需要提高電催化氧化的經(jīng)濟(jì)性。

4 電解催化氧化法的降解效果

4.1 醇醚降解處理

以黃燕等對于電解催化氧化廢水處理機(jī)制的研究為基礎(chǔ)，進(jìn)行電解催化氧化分析。在高濃度有機(jī)廢水處理實(shí)驗(yàn)中，主要有機(jī)物為醇醚，實(shí)驗(yàn)采用的裝置為自制的電解催化氧化反應(yīng)器，將經(jīng)過酸堿調(diào)節(jié)的廢水引入電解反應(yīng)槽進(jìn)行電解處理，而后自流進(jìn)入催化氧化反應(yīng)槽中進(jìn)行氧化反應(yīng)，氧化后的部分廢水會(huì)回流至電解反應(yīng)槽中進(jìn)行再次電解處理，見圖2。

圖2 電解催化氧化廢水處理示意

經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)對比分析得出，以單純的氧化法與電解法相比較，將電解與氧化反應(yīng)聯(lián)合形成的電解催化氧化法對于醇醚的降解去除率增高，對有機(jī)廢水的處理效果明顯提升，兩者對于污水處理具有協(xié)同作用 ，能夠很好地提高污水處理效果，為后續(xù)的物理化學(xué)污水處理創(chuàng)造了更好的基礎(chǔ)條件，提高了污水處理效率。

4.2 苯降解處理

苯系污水的毒性高且難降解，對于環(huán)境的污染較大，苯降解處理也成為了污水處理的難點(diǎn)與重點(diǎn)。以潘靜等人的實(shí)驗(yàn)研究為依據(jù)，通過電沉積法、氣象沉積法等多種方式，在經(jīng)過Ti/SnO2-Sb電極、Ti/SnO2-Sb-Cu 電極及非金屬Cu等的不同陰陽極組合實(shí)驗(yàn)后，對不同電極材料組成的電催化氧化性能進(jìn)行對比分析。最終可以得出，Cu的摻雜能夠有效提高Ti/SnO2-Sb電極的電催化氧化性能。而穩(wěn)定性較好、電催化活性較高的電極的使用，能夠很好地提高電催化氧化對于苯降解去除效果，有效處理污水中的有機(jī)物，提高有機(jī)廢水處理效果，提高無害化處理程度。

5 結(jié)束語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)化程度不斷提高，高濃度有機(jī)廢水成為水資源污染的主要來源，它的處理也成為了水資源保護(hù)需要進(jìn)行的重點(diǎn)工作。目前，有機(jī)物廢水處理方法也有很多的發(fā)展，但有著或多或少的缺陷。有機(jī)物成分的復(fù)雜化使得廢水處理的難度加大，采用電解催化氧化法可以很好地將難降解的有害物質(zhì)進(jìn)行降解，從而提高有機(jī)物的生化性，便于后續(xù)廢水處理工序的進(jìn)行。但電極材料及使用投入加大，仍需要針對電極材料及電解催化氧化工藝進(jìn)行研究和完善，以便更好地促進(jìn)廢水的無害化處理。

[1] 滕厚開，謝陳鑫.電解催化氧化法處理含酚廢水技術(shù)及機(jī)理研究[J].工業(yè)水處理,2016,36(12):90-93.

[2] 馮一偉，胡亞鵬，柴濤.DSA電催化氧化法深度處理煤化工廢水[J].水處理技術(shù),2017(1):105-110.

Analysisofwastewatertreatmentbyelectrolysiscatalyticoxidation

WANGRong,XUJingyan

(ShanxiQingyuanEnvironmentalConsultingCo.,Ltd.,TaiyuanShanxi030012,China)

With the acceleration of urbanization process, the organic content in all kinds of industrial wastewater is increasing.Traditional sewage treatment technology can not guarantee that all pollutants are decomposed, which needs to be improved. Combined with electrolytic catalytic oxidation technology, the treatment of organic wastewater is analyzed. Taking ammonia nitrogen and benzene wastewater as an example, the specific application of electrolytic catalytic oxidation technology in wastewater treatment is analyzed, and the suitable sewage treatment method is explored.

electrolysis; catalytic oxidation; wastewater treatment

2017-04-25

王 榮，女，1984年出生，2007年畢業(yè)于太原理工大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，本科學(xué)歷，工程師，從事環(huán)境影響評價(jià)工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.49

X703

A

1004-7050(2017)03-0140-03

環(huán)境保護(hù)