電化學氧化法在垃圾滲濾液處理中的應用

王 璐

(貴州省建筑設計研究院，貴州 貴陽 550002)

電化學氧化法在垃圾滲濾液處理中的應用

王 璐

(貴州省建筑設計研究院，貴州 貴陽 550002)

對電化學氧化法在垃圾滲濾液處理中的應用和研究進展進行了論述，分析了電化學氧化法中存在的問題，并提出了未來的主要發展趨勢，以合理、有效地處理垃圾滲濾液。

高級氧化，電化學氧化，垃圾滲濾液，污水

1 概述

近十年來，我國城市垃圾的總量以每年10%的速率不斷增加，生活垃圾常見的處理方法有衛生填埋、焚燒和堆肥等。由于衛生填埋具有運輸管理方便、處理費用低、技術成熟等特點，而被各國廣泛采用，目前我國約80%的生活垃圾采用衛生填埋方式進行處理[1]。這必然會產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廢水，具有不同于一般城市污水的特點：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，其水質水量變化大，成分復雜且隨填埋時間變化[2]。如何經濟有效地處理垃圾滲濾液已成為垃圾填埋處理技術中的一大難點。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，且營養元素失調，因而污水處理常規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水量波動的影響，出水水質穩定，對難生物降解物質處理效果較好而被廣泛應用[3,4]。目前應用較多的主要是高級氧化技術、吹脫法、吸附法、膜處理法等[5-7]。有學者對在垃圾滲濾液處理中的高級氧化技術如臭氧氧化、光催化氧化、Fenton法、電化學氧化法等進行了對比，發現由于電化學氧化技術具有將有機污染物質轉化為CO2和H2O，可在常溫常壓下進行，并且不產生二次污染易于控制等優點，而被稱為是“環境友好技術”，是目前最可能被工業化利用的技術之一[8-10]。本文主要介紹電化學氧化法在垃圾滲濾液處理中的研究和應用。

2 電化學氧化法處理垃圾滲濾液研究進展

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

2.1 電化學氧化預處理垃圾滲濾液研究

垃圾滲濾液具有成分復雜、水質水量變化大、有機物和氨氮濃度高且微生物營養元素比例失衡等特點，采用傳統的生物處理技術，如吹脫法、化學混凝沉淀法、厭氧法、吸附法等處理效果較差[11]。在此基礎上，近年來，各學者相繼研究了電化學氧化法在垃圾滲濾液的預處理中的應用。

Chiang等[12]采用電化學氧化法對垃圾滲濾液進行預處理，結果表明COD、氨氮的去除率可分別達到90.3%和80.1%。

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

鄧莉娟等[15]以氣體擴散電極為陰極，不銹鋼板為陽極，向電解槽中通入空氣，對垃圾滲濾液的降解進行了研究，結果表明：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，廢水CODCr去除率可達75.62%。

劉珊等[16]采用正交試驗的方法確定了在處理時間為120 min，電流密度7.5 A/dm2，極板間距5 mm，陽極板材為SnO2/Ti，陰極為不銹鋼，NaCl投加量為2 g/100 mL時，COD的去除率可達到68.94%，氨氮去除率達到了70.4%。通過GS/MS對處理前后有機污染物的定性分析表明，電化學氧化預處理后，復雜有機物如多級、多環碳鏈結構的化合物轉化成為了簡單的小分子有機物質，水質的可生化性顯著提高。

2.2 電化學氧化法深度達標處理垃圾滲濾液

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，難以達到國家排放標準，因而需在生物處理工藝后添加深度處理技術。目前現有工程主要應用的是膜技術，目的是進一步去除垃圾滲濾液中的難降解有機物、氨氮、總氮等，如“NF+RO”的“雙膜法”技術。但是反滲透技術在實際應用中存在膜的更換周期短、投資運行成本高、濃縮液難以處理等問題[17，18]。在此基礎上，各學者研究了電化學氧化法在滲濾液深度處理中的應用。

王鵬等[19]采用電化學氧化和UASB結合技術對含COD和NH3-N分別為4 750 mg/L和1 310 mg/L的垃圾滲濾液進行處理，將UASB預處理后的出水引入電化學氧化反應器進行深度處理，經過6 h的電解間接氧化，COD和NH3-N的去除率分別達到87%和100%，且電能消耗小于55 kWh/kg。

李小明等[20]用電化學氧化法對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，電解時間為4 h,進水COD和NH3-N分別為693 mg/L和263 mg/L時，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散陰極(GDE)雙室電解3種方式對兩級礦化垃圾床出水進行了深度處理研究，結果表明3種電解方式對垃圾滲濾液都具有很好的脫色效果，其中氣體擴散電解為陰極的雙室電解，TOC去除效果最好，電解2 h后，陽極液TOC去除率為55%，陰極液TOC去除率為41%，實現了陰極和陽極的雙極氧化，可顯著降低能耗。

Firas Feki等[22]分別研究了Ti/Pt、石墨和PbO2作為電極的電化學氧化法后處理膜生物反應器處理過的垃圾滲濾液，發現Ti/Pt電極處理效果最好，在最優操作條件下，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。結果表明MBR與電化學氧化法組合工藝可穩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氧化法的127 kWh/kg COD降至60 kWh/kg COD。

2.3 電化學氧化法與其他工藝聯合處理垃圾滲濾液

電化學氧化處理垃圾滲濾液的處理成本是限制其產業化應用的一個重要影響因素，因而，如何降低能耗是未來電化學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+鐵促電化學氧化工藝來處理垃圾滲濾液的可能性，在傳統的電解氧化過程中，污染物主要依靠高級的氧化作用而去除，而在鐵促電解法中，引入亞鐵鹽，強化了電化學氧化有機物的能力，增加了滲濾液的電導率，可降低電解槽的電壓節約能耗。研究結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，達到滲濾液排放標準。

最近研究表明，電化學氧化法與光化學法聯合處理垃圾滲濾液的效果均高于兩者單獨處理。如Shuhu Xiao等[24]使用了RuO2/Ti作為陽極，研究紫外照射聯合電化學法處理垃圾滲濾液的效果，結果表明在原始pH、不添加電解液、電流密度為50 mA/cm2時，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。

肖書虎等[25]也進行了紫外光強化電化學氧化法處理垃圾滲濾液的研究，發現光電強化電化學過程能生成大量的有機羧酸等小分子有機物，從而明顯改善滲濾液的可生化性，結果表明：紫外光強化電化學法處理垃圾滲濾液的COD和NH3-N去除率可分別達到74.3%和94.9%，同時BOD5/COD提高了12倍。

通過以上分析可知，限制電化學氧化法廣泛應用的最大障礙即能耗問題，通過電化學氧化法與其他工藝的聯合使用，可逐漸減少電能的消耗，如何更好地降低能耗需要進一步地研究。

3 結論與展望

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

1)目前的電化學氧化法處理垃圾滲濾液的研究多處于實驗階段，能否用于大規模的實際應用之中，有待進一步研究。

2)由于垃圾滲濾液的水質水量波動較大，從實驗研究中得出的影響因素和最優處理條件可能不適合具體的各種滲濾液的處理。

3)電化學氧化法僅適用于小規模且出水水質要求高的垃圾滲濾液的處理，而且運行費用昂貴。

電化學氧化處理垃圾滲濾液的處理成本是限制其產業化應用的一個重要影響因素，因而，如何降低能耗是未來電化學氧化垃圾滲濾液的重要研究方向。在實際應用中，考慮其經濟可行性，應結合其他技術，在保證去除率的情況下，盡量減少能耗，提高電流效率。如電化學氧化法與生化處理技術的聯合，電化學氧化法與膜技術聯合使用等。此外，若能利用垃圾填埋場本身產生的沼氣發電提供電化學氧化法所需電能則可進一步擴大電化學氧化法的應用。

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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