電催化氧化法處理含鹽有機廢水方法

韓冬妮

（江蘇誠智工程設計咨詢有限公司， 江蘇 徐州 221000）

0 引言

鹽度(以NaCl計)大于或等于2%～5%的廢水統稱為高鹽廢水；主要來源于直接利用海水的工業生產，化工產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-等無機離子，還具有高有機物、高色度、高粘性、高生物毒性等特征，若未經處理直接排放，會對水環境產生極大的危害，從而影響到工業、農業生產以及動物、人類的健康。

1 國內采用處理方法介紹

目前，國內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、對環境影響小的特點，由于高鹽廢水中的無機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發揮出了關鍵的作用。但由于各種含鹽廢水含有的有機物成分各不相同，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，在工程應用方面受到較大的限制。多效蒸發技術屬于物理法，是多個反應器串聯后充分利用熱能的蒸發系統，操作時將一個蒸發器蒸發出來的蒸汽引入下一蒸發器，利用其凝結放出的熱加熱蒸發器中的水。此方法的優點是分流與濃縮分別處理、效率高、反應時間短，缺點是高溫能耗高、處理不徹底，含有揮發有機物時冷凝水很難達標、原水分布膜管易于堵塞、維護復雜、產生的濃縮水更難處理。離子交換技術屬于物化法，是指以離子交換劑上的可交換離子與液相中離子間發生交換為基礎的分離方法。該方法的優點是處理相當徹底、不受環境條件限制，缺點是處理成本相當高、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

電解轉化技術包括電解還原和電解氧化、電吸附、電凝聚、電沉積等，其中電解氧化技術通過強氧化劑羥基自由基，可以使難生化降解有機物轉化為易生化降解的有機物，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，電解法水處理技術被譽為 “環境友好”技術（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器（Packed Bed Electrode Reactor，PBER），PBER是在二維電極法的基礎上發展起來的一種高效的電解方法[2]。

電催化氧化反應實質上是一種發生在固液界面上的異相電子轉移反應,因此能夠決定反應速率的因子有固液接觸面積、電極電勢和電極表面反應物種的形態及濃度。PBER的性質來看電極反應面積得到有效的放大，從而有效的擴大了反應速率；另一方面由填料、極板、廢水組成的電化學體系內存在電阻，整個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的影響關系也比較復雜，因此整個反應設備設計與加工相比簡單的電化學反應器有很多特殊之處。

2.2 反應機理

根據氧化作用方式，有機物具有直接氧化和間接氧化2種分解機制。直接電極氧化是指被氧化物質和電極直接進行電子傳遞，有機物主要通過在陽極上發生的電催化反應選被選擇性的氧化分解。反應時，陽極的催化氧化能力由于被有機物吸附而減弱，因此選擇耐腐蝕的陽極材料十分關鍵。實驗得出，電流密度越大，氧化能力越強，但隨著操作電壓的增加，超出析氧電位越大，發生的副反應就越多，電流效率受到減弱，總之，陽極產生·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質量濃度較大（〉10 000 mg/L）的有機廢水處理效率十分有限；但鹽量以及環境條件的限制對于電化學處理方法而言影響較小，能夠對環狀或者長鏈狀等大分子有機污染物進行有效催化降解。在本文中，以核酸生產廢水、含酚廢水為處理對象，對于這2種廢水的水質以及處理工藝進行討論。

3.1 核酸生產廢水

核糖核酸[3]是一類應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，它能夠對表達基因和生物合成蛋白質起到有效的作用，而且還能對細胞的許多生理功能起促進作用，是生命體地重要組成部分。由大連珍奧核酸福建莆田廠區提供，其排放出來的核酸廢水具有COD數值高、SS值大、pH值偏低、黏度大等特點。具體指標見表1。

表1 核酸生產廢水水質

目前針對核糖核酸廢水的有效處理較少，趙雪等[4]采用高負荷UASB厭氧處理工藝，在中溫(35～38℃)的條件下,UASB有機負荷3.0 kg/(m3·d)時，COD去除率可達到85%左右，出水平均pH值在7.0左右；胡云龍等[5]設計了混凝沉淀-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行處理，開始階段對廢水在與反應器進行曝氣，接下來進行物化加藥處理，進過一定的過濾裝置后進入生化反應階段采用多級接觸氧化法對有機物進行好氧處理，結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行實驗研究，混凝階段投加聚鐵、聚丙烯酰胺硅藻土等絮凝劑和吸附劑，同時用攪拌機進行攪拌，此時產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入SBR處理階段，實驗室改變曝氣量和曝氣時間能夠取得顯著的處理效果，最終COD去除率達到85%。

3.2 含酚模擬廢水

苯酚在工業廢水中分布范圍很廣，屬于有毒有害物質，直接或間接地威脅著人類健康，高濃度揮發酚類污水處理。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行實驗研究，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之后進行調試運行，控制水解池的停留時間為15 h，好氧池停留時間為23 h，運行37 d后逐步增大進水苯酚含量提高進水有機負荷COD去除率從75%增加到94%，得出結論：能夠培養出適合于毒性較大的苯酚廢水的微生物，當進水COD負荷逐漸增大時，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液的方法在厭氧條件下對其進行培養，同時放入電極，改變溫度，pH值等條件，獲得的最好COD去除率達到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外專家研究的熱點。丁巍巍等[9]通過自制的電化學反應器對三維電極法處理苯酚廢水進行實驗研究，實驗發現在酸性條件時苯酚的去除效果最好，提高電壓可以獲得較好的出水水質，曝氣是提供氧化劑的有效措施，控制在最佳反應條件下的COD去除率能夠達到89.1%；景長勇等[10]采用電催化氧化法對苯酚廢水進行實驗，在條件為電流密度40 mA/cm2、反應時間為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將苯酚濃度控制在大多數工業廢水苯酚含量范圍之內，具體指標見表2。

表2 含酚模擬廢水水質

4 結論

電催化氧化技術是處理有毒有害、高鹽、高濃度有機廢水的有效方法，本文以核糖核酸生產廢水、模擬苯酚廢水為研究對象，針對廢水不同的性質，在不同的工藝參數，電化學反應的條件對處理結果的影響相當大。工藝參數在工程應用時選擇尤為重要，它會直接對運行成本和費用以及處理效果造成直接影響，通過實驗數據處理工況進行優化。