电催化氧化法处理含盐有机废水方法

韩冬妮

（江苏诚智工程设计咨询有限公司， 江苏 徐州 221000）

0 引言

盐度(以NaCl计)大于或等于2%～5%的废水统称为高盐废水；主要来源于直接利用海水的工业生产，化工产品的制造及石油和天然气的采集加工等过程。此类废水中不仅含有Na+，Cl-，SO42-等无机离子，还具有高有机物、高色度、高粘性、高生物毒性等特征，若未经处理直接排放，会对水环境产生极大的危害，从而影响到工业、农业生产以及动物、人类的健康。

1 国内采用处理方法介绍

目前，国内采用高盐废水处理分为生物法、物理法、物化法等。生物法具有成本低、对环境影响小的特点，由于高盐废水中的无机盐对微生物的生长具有抑制作用，因此耐盐和嗜盐微生物在生物法处理高盐废水时发挥出了关键的作用。但由于各种含盐废水含有的有机物成分各不相同，且高盐微生物的生长条件苛刻，因此驯化出适合的耐盐微生物存在较大的难度，在工程应用方面受到较大的限制。多效蒸发技术属于物理法，是多个反应器串联后充分利用热能的蒸发系统，操作时将一个蒸发器蒸发出来的蒸汽引入下一蒸发器，利用其凝结放出的热加热蒸发器中的水。此方法的优点是分流与浓缩分别处理、效率高、反应时间短，缺点是高温能耗高、处理不彻底，含有挥发有机物时冷凝水很难达标、原水分布膜管易于堵塞、维护复杂、产生的浓缩水更难处理。离子交换技术属于物化法，是指以离子交换剂上的可交换离子与液相中离子间发生交换为基础的分离方法。该方法的优点是处理相当彻底、不受环境条件限制，缺点是处理成本相当高、再生困难、离子交换再生液的处理难度加大。

2 电催化氧化法

2.1 简介

电解转化技术包括电解还原和电解氧化、电吸附、电凝聚、电沉积等，其中电解氧化技术通过强氧化剂羟基自由基，可以使难生化降解有机物转化为易生化降解的有机物，极大地提高其可生化性，或使其矿化成二氧化碳和水，无二次污染，因而在国外，电解法水处理技术被誉为 “环境友好”技术（Environment Friendly Technology）[1]。

电催化氧化法主要分为原始二维电极法和填充床电极反应器（Packed Bed Electrode Reactor，PBER），PBER是在二维电极法的基础上发展起来的一种高效的电解方法[2]。

电催化氧化反应实质上是一种发生在固液界面上的异相电子转移反应,因此能够决定反应速率的因子有固液接触面积、电极电势和电极表面反应物种的形态及浓度。PBER的性质来看电极反应面积得到有效的放大，从而有效的扩大了反应速率；另一方面由填料、极板、废水组成的电化学体系内存在电阻，整个三维电极体系中电极电势和电流在分布不均匀，且受到电解液流体状态的影响关系也比较复杂，因此整个反应设备设计与加工相比简单的电化学反应器有很多特殊之处。

2.2 反应机理

根据氧化作用方式，有机物具有直接氧化和间接氧化2种分解机制。直接电极氧化是指被氧化物质和电极直接进行电子传递，有机物主要通过在阳极上发生的电催化反应选被选择性的氧化分解。反应时，阳极的催化氧化能力由于被有机物吸附而减弱，因此选择耐腐蚀的阳极材料十分关键。实验得出，电流密度越大，氧化能力越强，但随着操作电压的增加，超出析氧电位越大，发生的副反应就越多，电流效率受到减弱，总之，阳极产生·OH量的多少决定了阳极氧化效率的大小。

3 废水处理案例

一般的淡水微生物耐盐度最高为2%左右，而且含盐量越高生物活性越来越差；尤其对于COD质量浓度较大（〉10 000 mg/L）的有机废水处理效率十分有限；但盐量以及环境条件的限制对于电化学处理方法而言影响较小，能够对环状或者长链状等大分子有机污染物进行有效催化降解。在本文中，以核酸生产废水、含酚废水为处理对象，对于这2种废水的水质以及处理工艺进行讨论。

3.1 核酸生产废水

核糖核酸[3]是一类应用十分广泛的生物大分子，是没有分支的线性多聚糖核苷酸，它能够对表达基因和生物合成蛋白质起到有效的作用，而且还能对细胞的许多生理功能起促进作用，是生命体地重要组成部分。由大连珍奥核酸福建莆田厂区提供，其排放出来的核酸废水具有COD数值高、SS值大、pH值偏低、黏度大等特点。具体指标见表1。

表1 核酸生产废水水质

目前针对核糖核酸废水的有效处理较少，赵雪等[4]采用高负荷UASB厌氧处理工艺，在中温(35～38℃)的条件下,UASB有机负荷3.0 kg/(m3·d)时，COD去除率可达到85%左右，出水平均pH值在7.0左右；胡云龙等[5]设计了混凝沉淀-二氧化氯催化氧化-生物接触氧化法的组合工艺对核酸废水进行处理，开始阶段对废水在与反应器进行曝气，接下来进行物化加药处理，进过一定的过滤装置后进入生化反应阶段采用多级接触氧化法对有机物进行好氧处理，结果表明催化氧化过程效果显著，可以极大的提高废水中COD的去除率；赵志恒等[6]采用混凝-SBR的物化加生化处理工艺对核酸废水进行实验研究，混凝阶段投加聚铁、聚丙烯酰胺硅藻土等絮凝剂和吸附剂，同时用搅拌机进行搅拌，此时产生的絮凝的物理过程去除废水中大量的胶体和较大分子有机物，提高废水的可生化性，此阶段COD去除率大约为50%～60%，物化处理后的废水进入SBR处理阶段，实验室改变曝气量和曝气时间能够取得显著的处理效果，最终COD去除率达到85%。

3.2 含酚模拟废水

苯酚在工业废水中分布范围很广，属于有毒有害物质，直接或间接地威胁着人类健康，高浓度挥发酚类污水处理。目前，对于苯酚废水处理方案的研究较多，并且均取得了一定的研究成果。王发珍等[7]对某化工厂的苯酚废水采用水解酸化-好氧的生物法工艺进行实验研究，污泥接种某污水处理厂二沉池，厌氧污泥取自污泥浓缩池的兼性污泥，驯化7 d之后进行调试运行，控制水解池的停留时间为15 h，好氧池停留时间为23 h，运行37 d后逐步增大进水苯酚含量提高进水有机负荷COD去除率从75%增加到94%，得出结论：能够培养出适合于毒性较大的苯酚废水的微生物，当进水COD负荷逐渐增大时，处理效果依然较好，最终维持在90%以上；于季红[8]利用微生物电极法处理苯酚废水，菌种接种于某污水处理厂氧化沟工艺，按照逐渐增加苯酚并减少营养液的方法在厌氧条件下对其进行培养，同时放入电极，改变温度，pH值等条件，获得的最好COD去除率达到96.6%。

近年来，采用新型的高级氧化法-电催化氧化法成为成为国内外专家研究的热点。丁巍巍等[9]通过自制的电化学反应器对三维电极法处理苯酚废水进行实验研究，实验发现在酸性条件时苯酚的去除效果最好，提高电压可以获得较好的出水水质，曝气是提供氧化剂的有效措施，控制在最佳反应条件下的COD去除率能够达到89.1%；景长勇等[10]采用电催化氧化法对苯酚废水进行实验，在条件为电流密度40 mA/cm2、反应时间为80 min、极板间距为2 cm，pH值为7.5的条件下苯酚的去除率超过98%。

为了使得研究具有一定的代表性配水时将苯酚浓度控制在大多数工业废水苯酚含量范围之内，具体指标见表2。

表2 含酚模拟废水水质

4 结论

电催化氧化技术是处理有毒有害、高盐、高浓度有机废水的有效方法，本文以核糖核酸生产废水、模拟苯酚废水为研究对象，针对废水不同的性质，在不同的工艺参数，电化学反应的条件对处理结果的影响相当大。工艺参数在工程应用时选择尤为重要，它会直接对运行成本和费用以及处理效果造成直接影响，通过实验数据处理工况进行优化。