电氧化法处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液的试验研究

黄凯兴　雷涛　陈石　王磊　李武　宋国标

(1.深圳市下坪固体废弃物填埋场　广东深圳 518023；　2.中钢集团武汉安全环保研究院

有限公司　武汉 430081；　3.贵阳市高雁城市生活垃圾填埋场　贵阳 550002)



电氧化法处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液的试验研究

黄凯兴1雷涛2陈石1王磊2李武2宋国标3

(1.深圳市下坪固体废弃物填埋场广东深圳 518023；2.中钢集团武汉安全环保研究院

有限公司武汉 430081；3.贵阳市高雁城市生活垃圾填埋场贵阳 550002)

摘要垃圾渗滤液膜滤浓缩液是垃圾渗滤液经生物降解后再经RO或NF膜截留的残余液，可生化性差、含盐量高、处理困难。本文采用电氧化法处理纳滤浓缩液，试验结果表明：电氧化法在纳滤浓缩液的处理上具有优势。在反应时间6 h，对纳滤浓缩液的COD，TDS，Cl-去除率分别达到82%，12%，51%，吨水耗电45 kW·h。本试验研究在处理效果、能耗等方面达到了预期效果，为电氧化技术在纳滤浓缩液处理中的实际应用取得突破。

关键词垃圾渗滤液膜滤浓缩液电氧化法阳极

Experimental Study on the Treatment for Membrane Filtration Concentrate of Landfill Leachate by Electro-Oxidation

HUANG Kaixing1LEI Tao2CHEN Shi1WANG Lei2LI Wu2SONG Guobiao3

(1.ShenzhenXiapingSolidWastesLandfillShenzhen，Guangdong518023)

AbstractLandfill leachate membrane filtration concentrate is the raffinate intercepted by reverse osmosis membrane or nanofitration membrane, with low biodegradability, high salt content and difficult to be treated. In the research the electro-oxidation technology is applied to dispose the landfill leachate nanofiltration concentrated solution and it is satisfactory. Under the circumstances of 6 hours of electro-oxidation, the removal rates of COD,TDS and Cl-in the nanofiltration concentrated solution can reach 82%, 12% and 51% respectively, with 45 degrees of power consumption per ton of water. The experiment has achieved the expected results in terms of energy consumption, treatment effect and so on, making a breakthrough in the practical application of electro-oxidation technology in the treatment of nanofiltration concentrated solution.

Key Wordslandfill leachatemembrane filtration concentrateelectro-oxidationanode

0引言

城市生活垃圾处理厂垃圾渗滤液浓度高、污染大，其污染控制一直是国内外污水处理方面的难题。随着社会的进步，目前国内垃圾渗滤液的处理技术已取得很大发展，特别是膜技术的应用，使处理后的渗滤液完全可以达到严格的排放要求。但膜技术的引入，也带来了一种更难处理的副产物----膜滤浓缩液。纳滤或反渗透浓缩液是一种棕黑色液体，一般为进水体积的20%～50%，生化性很差。

用DSA阳极处理降解有机废水，不需要加入任何化学物质，在常温常压下就可以将其中难降解有机物氧化为易降解的有机物，甚至彻底氧化为二氧化碳和水[1]。本文采用DSA阳极电氧化技术处理江苏某垃圾焚烧厂渗滤液纳滤浓缩液，对浓缩液处理过程中污染物消减程度、能耗等进行试验研究，并取得一定效果。

1试验部分

1.1试验装置及工艺流程

本试验装置主要由电解槽、稳流稳压直流电源、断路器及附件等组成。具体试验装置见图1。

1—直流电源；2—挡板；3—4 L循环装置；4—阳极；

试验选择3种DSA类阳极作为本次试验的阳极，编号依次是阳极1、阳极2、阳极3，使用钛网为阴极。阳极和阴极具体尺寸见表1。

表1　阳极及阴极尺寸

1.2试验用水

试验所用水质指标见表2。

表2　试验所用水质

1.3主要分析指标与方法

COD：重铬酸钾法；TDS：烘干恒重法；Cl-：梅特勒-托尔多多功能离子测量仪测量；pH：数显酸度计测量。

2试验结果与分析

2.1污染指标试验分析结果

试验极板间距为2.5 cm。原水样中氯离子、COD、TDS含量分别为5 350，1 260、16 800 mg/L，pH为7.2，在恒定电流为3.3 A的情况下，电解时间为6 h，电解时每隔1 h取样。

2.1.1氯离子的去除效果

浓缩液中氯离子作为参与氧化的重要物质，氯离子去除率对浓缩液的处理效果有明显的影响。

氯离子在阳极放电生成分子态氯，氯气在溶液中溶于水生成HClO，同时还伴随其他反应。HClO作为主要的氧化剂，可以有效地氧化溶液中的有机物。电氧化试验中产生的氯气越多，HClO浓度越大，越有利于间接氧化浓缩液中有机物。氯离子的去除效果见图2。

图2不同阳极氯离子的去除效果随反应时间的变化关系

从图2可以看出，阳极1对浓缩液中氯离子的去除率优于阳极2和阳极3。反应时间为6 h时，阳极1、阳极2、阳极3处理后浓缩液中氯离子的质量浓度分别为2 621，3 590，4 300 mg/L，去除率分别为51%，33%和24%。

2.1.2COD的去除效果

浓缩液中COD的去除率见图3。

图3不同阳极下COD的去除率随反应时间的变化关系

由图3可知，3种阳极对浓缩液COD的去除率都随着反应时间的增加而增加。0～1 h，3种阳极对COD的去除速率最快；1～5 h，3种阳极对COD的去除速率开始下降；5～6 h，3种阳极对COD的去除率趋于稳定。反应6 h时，阳极1、阳极2、阳极3处理后浓缩液中COD质量浓度分别为227，320，620 mg/L，去除率分别为82%，75%和51%。另外，在相同的反应时间内，阳极1优于阳极2和3对COD的去除率。

2.1.3TDS的去除率

试验纳滤浓缩液中TDS的含量为16.8 g/L。浓缩液若直接排放，其含有的高浓度TDS会对环境造成很大的伤害；若回灌到系统，多次浓缩会造成膜系统的崩溃。对于电氧化法处理浓缩液，TDS去除的多少也是阳极性能的指标之一。

反应6 h后，阳极1、阳极2、阳极3处理后浓缩液中TDS质量浓度分别为14 784，14 957，15 370 mg/L，去除率依次为12%，11%，9%。TDS的减少部分主要包括有机物被阳极直接氧化为CO2和H2O、部分氯气在阳极析出以及有机物在阴极上的析出等。

2.1.4pH的变化

电氧化过程中pH的变化见图4。

图4pH的变化随反应时间的关系

由图4可知，3种阳极电氧化法处理纳滤浓缩液过程中pH经历了“先升高再降低并逐渐趋于稳定”的过程。反应6 h后，阳极1、阳极2、阳极3处理后浓缩液pH值分别为8.30，8.39，8.36。

2.2电流效率及能耗分析

2.2.1电流效率

电化学降解有机污染物过程的电流效率可以用平均电流效率(ACE)和瞬时电流效率(ICE)来表示，采用化学需氧量方法[2]测定氧化有机物的ACE和ICE。其计算公式分别如下：

(1)

(2)

式中，t为反应的时间，s；I为氧化反应的电流强度，A；V为电解槽的体积，L；F为法拉第常数，96 485C/mol；COD0，CODt+Δt和CODt分别为初始时刻、t+Δt时刻和t时刻的COD化学需氧量，g/L；8为1/4摩尔质量以O2g/L为单位的换算值。

不同阳极下ICE、ACE随反应时间的变化见图5、图6。

图5　不同阳极下ICE随反应时间的变化关系

图6　不同阳极下ACE随反应时间的变化关系

由图5和图6可知：

(1)在反应0～1h时，阳极1及阳极2的ACE和ICE都大于100%。这是由于反应的初始阶段，有机污染物含量高，有机污染物被氧化速率快；同时氯离子含量充足，间接氧化和直接氧化同时进行降解有机污染物所致。

(2)在反应1～5h时，ACE及ICE下降速率较快，这是由于溶液中有机污染物和氯离子不断减少，

导致直接氧化和间接氧化作用逐渐减弱所致。

(3)在反应5～6h时，ACE及ICE下降速率变缓，这是由于溶液中的有机污染物和氯离子含量已经很低，此阶段直接氧化和间接氧化作用已经很小，同时析氧等副反应发生，再增加反应时间已经没有任何意义。

2.2.2能耗分析

由于电化学反应发生的原因是电子的得失。因此，处理每吨水所需能耗是描述电化学反应能量消耗的重要参数，其计算公式如下：

(3)

式中，W吨水为处理每吨水所消耗的能耗，(kW·h)/t；U为槽电压，V；I为电流，A；V为处理溶液的体积，L。

在反应时间同为6h的情况下，根据吨水电耗公式依次可计算出阳极1、阳极2和阳极3的电耗分别为45(kW·h)/t，52(kW·h)/t，48(kW·h)/t。

3结论

(1)电氧化法对浓缩液中COD有明显的去除效果，从最终的效果来看，阳极1处理纳滤浓缩液的效果优于阳极2；阳极2处理纳滤浓缩液的效果优于阳极3。且在反应时间6h的情况下，阳极1对浓缩液的COD，TDS，Cl-去除率分别达到82%，12%，51%，吨水耗电45kW·h。

(2)氯离子的含量对电氧化法处理浓缩液有重要的影响，新生态的氯气溶于水后生成次氯酸可加快浓缩液的COD降解。

(3)对于难降解有机物的氧化过程，在反应时间为0～1h，直接氧化和间接氧化共同作用；随着反应的进行，直接氧化和间接氧化的反应速率在逐渐下降，反应5h后，直接氧化和间接氧化作用已经很小，同时析氧等副反应发生，再增加反应时间已经没有任何意义。

参考文献

[1]肖小娥，赵国华，胡慧康，等.卤代烃污染物的电化学氧化还原降解技术研究进展[J]．环境污染与防治，2006，28(1)：48～50.

[2]C H COMNINELLIS, C PULGARIN．Anodic oxidation of phenol for waste water Electrochem．Treatment[J]．Journal of Applied Electrochemistry．1991，21(8)：703～708．

(收稿日期：2015-04-27)

作者简介黄凯兴，男，1969年生，工程师，主要从事垃圾渗滤液及浓缩液污染治理的研究。