1前言電化學(xué)技術(shù)處理廢水的應(yīng)用起源于20世紀(jì)40年代，由于一次性投資較大，電力緊張，成本較高，因而一直以來(lái)發(fā)展緩慢。直到20世紀(jì)60年代，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電化學(xué)技術(shù)才逐漸被應(yīng)用到廢水處理過(guò)程中，常用的水和廢水處理電化學(xué)方法有電解回收法、電化學(xué)氧化法、[1-2]電解氣浮法、電滲析法、微電解法等。近年來(lái)，電化學(xué)方法已被應(yīng)用在垃圾滲濾液、印染廢水以及石化廢水的預(yù)處理、深度處理領(lǐng)域。

電化學(xué)技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中，出現(xiàn)了以下2個(gè)問(wèn)題：一是處理廢水所需要的時(shí)間問(wèn)題，針對(duì)該問(wèn)題，研制高催化活性的電極材料和有效的反應(yīng)器將成為研究的熱點(diǎn)入手來(lái)解決;二是電極壽命問(wèn)題，則要從電極材料的結(jié)構(gòu)和制備方法入手去研究。本文概述了幾類難降解廢水的水質(zhì)特點(diǎn)及電化學(xué)技術(shù)在其中的應(yīng)用，為電化學(xué)技術(shù)處理難降解廢水提供參考。

2電化學(xué)在焦化廢水處理中的應(yīng)用

2.1焦化廢水的水質(zhì)特點(diǎn)

焦化廢水是從原煤的高溫干的復(fù)雜性直接決定了焦化廢水成分的復(fù)雜性。焦化廢水中含有大量的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，一般而言，焦化廢水呈深棕色，內(nèi)含酚、氰化物、苯、氨氮、焦油和硫化物等有毒有害物質(zhì)。高濃度的有機(jī)物和氨氮對(duì)微生物生長(zhǎng)有強(qiáng)烈的抑制作用，目前，焦化廢水有80%的企業(yè)存在氨氮和COD排放不達(dá)標(biāo)的情況。

2.2焦化廢水處理現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

近幾年來(lái)，對(duì)焦化廢水處理技術(shù)的研究十分活躍。對(duì)于焦化廢水的處理，水處理中的所有常用工藝，如物理方法中的利用混凝劑的混凝沉淀法、活性炭吸附法、吹脫、化學(xué)中和法等，生物處理工藝中的A/O工藝、AA/O工藝、SBR工藝等，都被利用到焦化廢水的處理。目前，很多企業(yè)對(duì)于進(jìn)入生化池的廢水仍采取注入清水稀釋的方法來(lái)降低氨氮和難降解的有機(jī)物的濃度，進(jìn)而提高廢水的可生化性。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的焦化廢水，較多企業(yè)采用A/O工藝去除其中的有機(jī)物和氨氮，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，大部分企業(yè)出水COD、NH3-N2個(gè)指標(biāo)難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2.3電化學(xué)氧化法處理焦化廢水

二級(jí)生化處理后的焦化廢水的水質(zhì)特點(diǎn)是COD和NH3-N不達(dá)標(biāo)，對(duì)焦化廢水深度處理的主要任務(wù)是對(duì)COD和NH3-N指標(biāo)的去除，針對(duì)這一任務(wù)，單明軍等搭建復(fù)極性三維電極反應(yīng)器處理焦化廢水小試裝置，其中以鈦板為基材，在鈦板的表面涂鍍一定比例的RuO2和TiO2活性涂層，并在活性涂層中添加一定比例的IrO2作為陽(yáng)極，以鋼板作為陰極，焦粉粒子作為反應(yīng)器中的填料(第三極)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，設(shè)計(jì)了二維電極與復(fù)極性三維電極的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在同等試驗(yàn)條件下，采用三維電極反應(yīng)器對(duì)焦化廢水進(jìn)行深度處理對(duì)COD和NH3-N去除效果明顯高于二維電極反應(yīng)器。同時(shí)進(jìn)行復(fù)極性三維電極法深度處理焦化廢水的正交試驗(yàn)，設(shè)計(jì)電解時(shí)間、極板間距、電流密度、極板對(duì)數(shù)、曝氣量5個(gè)因素在4個(gè)水平上的試驗(yàn)，得出各因素對(duì)COD和NH3-N去除率影響大小的關(guān)系都是極板間距>電流密度>電解時(shí)間>極板對(duì)數(shù)>曝氣量，得到復(fù)極性三維電極最佳反應(yīng)條件是不曝氣的條件下設(shè)置電解時(shí)間60min、極板間距1cm、電流密度20mA/cm2、極板對(duì)數(shù)3對(duì)以測(cè)定深度處理的效果，結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)生化處理后的焦化廢水水樣經(jīng)過(guò)焦粉復(fù)極性三維電極反應(yīng)器處理后，其中的主要污染物質(zhì)：揮發(fā)酚、氰化物、COD、石油類和NH3-N等指標(biāo)可同時(shí)滿足《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13456-92)中焦化廢水排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值[5]。

3電化學(xué)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用

3.1垃圾滲濾液的水質(zhì)特點(diǎn)

垃圾滲濾液水質(zhì)極其復(fù)雜，污染物濃度高，因此滲濾液的處理一直是一個(gè)世界性的難題。根據(jù)垃圾填埋場(chǎng)的年份，垃圾滲濾液又可分為早期滲濾液和晚期滲濾液。早期滲濾液主要特點(diǎn)是：COD、BOD5高，B/C為0.4~0.8，可生化性較好。有機(jī)物主要是揮發(fā)性脂肪酸，pH一般為5~7，氨氮濃度較高，C/N比較高。晚期滲濾液主要特點(diǎn)是：COD、BOD5降低，B/C接近0.1，可生化性差，有機(jī)物主要有腐殖酸和富里酸等組成，氨氮濃度高，C/N比較低[6]。

3.2垃圾滲濾液處理方法及存在問(wèn)題

與常規(guī)廢水處理類似，用于垃圾滲濾液處理的方法也主要包括物化法和生化法，物化法主要包括化學(xué)氧化法、吸附法、膜法等。生化法主要包括好氧處理法、厭氧處理法、厭氧-好氧結(jié)合法等，生化處理方法能耗少、費(fèi)用低，可有效降低BOD5、COD和氨氮，還可以去除鐵、錳等金屬，是應(yīng)用廣泛的處理方法。但是處理在COD、氨氮濃度較高的垃圾滲濾液時(shí)一些處理方法達(dá)不到達(dá)標(biāo)排放的要求，還需要進(jìn)一步的深度處理，以滿足達(dá)標(biāo)排放的要求。

3.3電化學(xué)氧化法處理垃圾滲濾液

某污水處理廠A/O工藝處理過(guò)的垃圾滲濾液水質(zhì)：CODcr=300mg/L，BOD5=80mg/L，TN=100mg/L，NH3-N=70mg/L，未能達(dá)到《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)排放要求。魏平方等同樣采用三維電極反應(yīng)器，三維電極陽(yáng)極材料采用Ti/RuO2˙IrO2，陰極材料采用不銹鋼電極，焦粉粒子填充在電極和電解槽的空隙中，采用氣泵于復(fù)極性三維電極反應(yīng)器底部曝氣，對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行深度處理。設(shè)計(jì)了不同電流密度的試驗(yàn)、不同類型電極反應(yīng)器的對(duì)比試驗(yàn)、各種因素和水平的正交試驗(yàn)。得到的試驗(yàn)結(jié)論是：在0~120min的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，電流密度越大，COD和氨氮的去除率逐步增加;通過(guò)二維電極、焦粉粒子三維電極和GAC粒子三維電極對(duì)比試驗(yàn)，無(wú)論是焦粉三維電極還是GAC三維電極，其對(duì)垃圾滲濾液中的COD和氨氮的去除率都高于二維電極;正交試驗(yàn)的結(jié)果顯示，在反應(yīng)時(shí)間80min、電流密度25mA/cm2、電極間距1cm、極板數(shù)量3對(duì)、曝氣量2L/min的最佳試驗(yàn)條件下，經(jīng)焦粉離子三維電極深度處理后的垃圾滲濾液廢水最終可達(dá)標(biāo)排放[7-8]。

4電化學(xué)在城鎮(zhèn)污水處理廠處理中的研究

4.1城鎮(zhèn)污水處理廠脫氮除磷工藝及存在問(wèn)題物化脫氮除磷工藝在去除氮磷的同時(shí)，對(duì)BOD、COD、SS、濁度都有一定的去除。然而生物法脫氮除磷是最常見(jiàn)的方法，現(xiàn)有的城鎮(zhèn)污水處理廠利用SBR、AA/O、倒置AA/O和工藝的占多數(shù)，AA/O中利用缺氧段和好氧段進(jìn)行硝化和反硝化脫氮，厭氧和好氧的吸磷釋磷已達(dá)到除磷效果，同時(shí)該工藝可以有效去除SS、BOD、COD等物質(zhì)[]。但是隨著我國(guó)對(duì)環(huán)保問(wèn)題的重視，廢水排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，具體表現(xiàn)在《城鎮(zhèn)污水處理處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的頒布與執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠排水中的主要污染指標(biāo)作出了更為嚴(yán)格的規(guī)定，同時(shí)針對(duì)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)水體產(chǎn)生的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氮、磷等指標(biāo)作出了詳細(xì)的規(guī)定。因此，原有的污水處理廠已不能滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)。因此脫氮除磷還將是污水處理廠升級(jí)改造的重點(diǎn)。

4.2城鎮(zhèn)污水處理廠尾水水質(zhì)特點(diǎn)

由前述可知，在城鎮(zhèn)污水處理廠現(xiàn)有處理水平條件下，其所排尾水中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)很難達(dá)標(biāo)排放。針對(duì)以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行大量的研究和實(shí)踐，大都采用在常規(guī)二級(jí)生物處理后深度處理以提高和改善水質(zhì)。比如通過(guò)二級(jí)生物處理強(qiáng)化處理或者二級(jí)處理后出水投加藥劑處理。電化學(xué)深度處理也可以提高出水水質(zhì)，是一種高效無(wú)二次污染的方法[10]。

4.3電化學(xué)氧化法處理城鎮(zhèn)污水處理廠的尾水

何緒文分別以鈦板為基材，在鈦板的表面涂鍍一定比例的RuO2和TiO2活性涂層，并在活性涂層中添加一定比例的IrO2作為陽(yáng)極，以鋼板作為陰極的二維電極深度處理試驗(yàn)，影響電化學(xué)去除效率的主要因素包括：電壓、電流密度、極板間距、電解時(shí)間、水中氯離子濃度等。先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)電解氧化小試試驗(yàn)，分別對(duì)每個(gè)影響因素在不同取值條件下進(jìn)行試驗(yàn)，分析出水中氨氮、總氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)[11]氮、濁度和電導(dǎo)率等參數(shù)的去除效果。根據(jù)去除率選擇最佳試驗(yàn)參數(shù)，進(jìn)行實(shí)際水流狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)電解氧化試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中的電解時(shí)間即為水力停留時(shí)間。經(jīng)電化學(xué)深度處理的城鎮(zhèn)污水處理廠尾水能夠達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中Ⅲ類和Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)排放。

5結(jié)論和展望

綜上，電化學(xué)技術(shù)在二級(jí)處理后的強(qiáng)化處理，對(duì)COD、NH3-N的處理效果顯著，一些物化或者二級(jí)生物處理達(dá)到處理極限的時(shí)候，電化學(xué)深度處理可以進(jìn)一步處理，在環(huán)保受到日益關(guān)注，各類環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格的情況下，電化學(xué)法深度處理復(fù)雜的廢水，具有很大的潛力，受到更加多的重視。

同時(shí)，電化學(xué)技術(shù)成本高、能耗大的劣勢(shì)也不得不引起重視，要想未來(lái)投入生產(chǎn)使用，還需更多的研究去尋求更加低成本高效率的途徑，未來(lái)的電化學(xué)技術(shù)的研究，可以從材料角度出發(fā)，研究一些新型的電極材料以及填充電極，提高電極反應(yīng)效率，也可以從催化劑角度出發(fā)，研究不同催化劑對(duì)電化學(xué)高級(jí)氧化的作用。

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