赵云锋

摘 要：垃圾滤渗液是于垃圾卫生填埋期间形成的高浓度有机废水，内含成分丰富，且危害性强，必须经过处理且达到相关标准之后方可排入环境与市政污水管道之中。伴随我国环保愈渐严格，我国许多填埋场尝试采用电催化技术处理垃圾滤渗液，效果较为理想。本次研究即介绍了电催化氧化技术以及垃圾渗滤液特点，并通过实验的方式，从pH值、槽电压以及曝气量等因素讨论电催化氧化技术如何应用在垃圾渗滤液有机废水处理之中，为我国垃圾滤渗液有机废水处理提供参考。

关键词：电催化氧化技术;垃圾滤渗液;有机废水处理

引言

垃圾滤渗液是城市生活垃圾填埋之后形成的有机废水，内含成分丰富，且水质将伴随时间推移而改变，已经是我国垃圾卫生填埋场亟待解决的环境污染问题[1]。垃圾滤渗液净化通常应用回灌以及生化处理等常规方法，实际运行期间，生物菌往往由于不能适应垃圾渗滤液水量以及水质改变而受到抑制，乃至死亡，所以需要新颖的方式予以处理。电催化氧化是解决难以降解有机污染物的重要方式之一，在垃圾滤渗液有机废水处理中的应用较为频繁，而如何控制相关影响因素，以最大程度提高垃圾滤渗液处理效率，受到许多学者的关注与重视。

一、垃圾滤渗液与电催化氧化技术概述

（一）垃圾滤渗液特点

垃圾滤渗液水质成分相对复杂，各个指标波动明显，这与本地气候环境、填埋场垃圾类型构成以及填埋方式有直接关系。整体表现为如下特点：第一，表观特点：垃圾滤渗液色度较高，通常在 500倍至1500倍之间，表现为棕黑色，容易起泡，基本无法看到杂质以及颗粒等各种悬浮物品，无显著的异味。

第二，成分复杂，含有大量有机污染物。垃圾滤渗液内的组分通常有总溶解性固体、总溶解性有机物以及重金属离子。其中，总溶解性固体包含了不同类型溶解性盐，例如二价离子Ca2+、Mg2+、Ba2+等，通常浓缩液电导率数值较高，证明溶解物类型复杂;垃圾滤渗液内的溶解性有机物包括甲苯、有机酸以及多环芳烃等，同时含有许多难以降解的腐殖质;重金属离子包含了铅、铬等离子。

第三，可生化性不佳。垃圾滤渗液自身可生化性不理想，纳滤浸水通常已经接受了生化加工，所以BOD5含量偏低，许多小分子有机物能够穿透纳滤膜，使得垃圾滤渗液生化性降低[2]。加之垃圾滤渗液内含有苯系物、不同类型腐殖质类有机物以及重金属离子等，严重破坏微生物活性，造成垃圾滤渗液可生化性并不理想。

（二）电催化氧化技术

电催化氧化技术是解决难以降解有机废水的重要处理方式，指将电力作为催化剂，在电机以及水内形成氧化还原反应，以达到分解有机污染物目标的过程[3]。优势在于如下方面：氧化相对彻底，最终形成的物质为水以及二氧化碳;反应条件更为容易获得，通过低压直流电并于常温与常压状态下开展;操作便捷，可控性强，工作参数能够结合现实水质情况进行调节，容易发展为自动化技术[4]。垃圾滤渗液Cl-浓度以及电导率较高，为电催化氧化技术的应用奠定良好的基础，有益于去除难以降解的有机物以及NH3-N，所以开始广泛应用在垃圾渗滤液无害化处理工作之中。

二、实验环节

（一）实验样本

垃圾滤渗液源自本地生活垃圾卫生填埋场，外观呈棕黑色，有異味，废水内经检测含有大量无法降解的有机物质，可生化性不佳。各项指标如下所示：

本次实验研究应用FEI Quanta 2000型扫描电镜观测催化剂外观。同时应用日本Rigaku-D/Max-2500型X射线粉末衍射设备检验催化剂晶相结构。COD应用微波密封消解COD速测方式;NH4+-N质量浓度检验应用纳氏试剂比色方式，垃圾渗滤液pH数值应用Mettler Toledo 320酸度设备检测确定。

（三）CuO·CeO2/γ-Al2O3催化剂制备方式

本次研究应用浸渍法制作负载型催化剂。实验人员制备9%硝酸铈浸渍液，运用等体积浸渍方式制作CuO·CeO2/γ-Al2O3，置于105℃环境下干燥，持续10小时之后，置入400℃环境中焙烧，持续4小时。之后，将所制作的粒子浸渍在2%Cu（NO3）2溶液内，经过24小时之后予以过滤洗涤，然后置于105℃环境下干燥，持续10小时之后，置入400℃环境中焙烧，持续4小时，即为试验中应用的CuO·CeO2/γ-Al2O3催化剂。

（四）实验流程

电催化氧化反应实验所应用的设备包括直流电源、电解槽、主电机板以及床体填料。阳极采用IrO2-TiO2/Ti电机，阴极采用石墨电极，主极板面积为6cm-12cm。将100mL体积比值为1：1的GAC以及CuO·CeO2/γ-Al2O3催化剂混合，确保均匀之后，充当床体填料。

实验运行期间，把混合填料放置在垃圾渗滤液内，直至吸附与完全饱和，避免吸附效果对去除效果产生影响。实验过程中，将填料反放置在两个主电极内，之后把350mL垃圾渗滤液添加在电解槽内，开启空压机调整气体流量，并与电源相接，在电极两端添加额定电压，即可开始电解实验。本次实验采用间歇静态实验，反应结束后，针对槽内溶液各项指标予以分析。

三、电催化氧化反应在垃圾渗滤液有机废水处理中的应用

（一）槽电压控制

电催化氧化反应在处理垃圾渗滤液过程中，电极表面的电势Φm和液相电位Φs的差值关系着氧化反应速度，两者之间数值差异越大，则反应速度越大[5]。Φm与槽电压之间呈正比关系，槽电压数值越大，则对应的Φm数值越高。然而，如果槽电压数值超过一定标准，副反应随之更为强烈。故而，垃圾卫生填埋场应重视槽电压指标的控制。处于pH为中性、极间隔距离为3cm、曝气量为0.08m3/h的环境下，对垃圾渗滤液进行电解，持续3小时之后，槽电压不同，垃圾渗滤液处理效果有明显差异，具体体现为，伴随电压的不断增加，渗滤液之中活性炭的极化强度显著增加，电化学反应动力加强，COD与NH4+-N消除率确实得到一定的提高。在槽电压数值达到15V之后，垃圾渗滤液COD以及NH4+-N消除率分别为94%与100%。此后，如果进一步加强电压，NH4+-N可实现完全消除的，然而COD消除率却有所减少。可见，尽管槽电压增加可以使总反应加速，但是析氧副反应会随之增加。不仅如此，金属氧化物活动成分的溶出将加剧，上述因素造成垃圾渗滤液COD降解效果减弱。

（二）曝气量设计

本次实验过程中，借由在反应器底部安装鼓入空气的设备，以构成三维三相电化学体系。故而，反应期间，存在气—液—固各相彼此接触与界面反應。曝气布置可以达到搅拌溶液的效果，使得催化剂和溶液最大限度接触，同时可以为系统供应源自外部的氧气，实现在阴极表面借由电子还原反应形成H2O2，加速有机物反应。本次研究在槽电压设定为15V，极间隔距离为3cm、pH中性环境下，持续电催化氧化反应3小时，以分析曝气量与渗滤液降解之间的关系。结果显示，伴随曝气量的增加，COD以及NH4+-N消除率随之提升，然而在曝气量高于0.08m3/h之后，消除率反而有降低的趋势。原因在于当曝气量升高，有关反应从动力学作用转化为热力学作用，且体系内部溶解氧逐渐稳定。如果曝气量不低于0.08m3/h，渗滤液内的Cl-于阳极释放电子，进而产生Cl2，而曝气量继续增加，导致Cl2不能进一步在溶液内构成HCIO，HCIO所产生的氧化效果可以清除废水内部的COD以及NH4+-N，导致降解效果下降。故而，垃圾卫生填埋在使用电催化氧化技术时，曝气量应设定在0.08m3/h上下。

（三）pH控制

进水pH数值关系着垃圾渗滤液于电催化反应内降解效果[6]。本次研究在槽电压设定为15V、极间隔距离为3cm、曝气量为0.8m3/h环境下，电解3小时，以观察pH的影响效果。结果显示，当pH数值为5，COD降解速度最为理想，然而NH4+-N较低，影响亚硝态氮氧化反应，同时干预之后的有机物降解。当处于中性至碱性的环境下，NH4+-N能够于阳极中直接氧化为氮气和水，消除效果相较于酸性更为理想。然而，处于高pH环境下，电解产物为碳酸盐以及重碳酸盐，属于OH主要消耗物质，且电机表面相较于酸性环境下容易产生钝化现象，使得COD消除率因pH的下降而下降。不仅如此，溶液pH与CuO·CeO2/γ-Al2O3内部活性组分溶出之间关系密切。故而，渗滤液进水应尽量控制为中性，不仅可以保证COD与NH4+-N保持较高消除率，且有效严惩电极的使用时长。

（四）极间隔距离设计

电化学反应设备传质体现为电迁传质以及扩散传质，上述传质与极间隔距离之间呈负相关关系，即极间隔距离增加，则传质减少[7]。且相较于三维电极电化学体系来说，主电极极间隔距离与整体反应系统内粒电极群极化水平之间有密切关系。本次研究在槽电压为15V、pH中性、曝气量设定为0.08m3/h环境下，分析极间隔距离与渗滤液电解效果之间的关系。结果显示，当极间隔距离降低，COD与NH4+-N表现为上升态势。然而，随着极间隔距离降低至2cm时，当反应时间增加，副反应能源损耗不断提高，渗滤液水温明显提高，COD去除率降低。同时，活性炭产生溶出现象，产生粉末状微粒，色度增加，形成二次污染。不仅如此，当极间隔距离降低，耗电量大幅增加。故而，垃圾卫生填埋场需要充分考虑能源损耗以及处理效果两个方面的因素，从中寻找适合点。

结束语

就本次研究结果显示，垃圾卫生填埋场在应用电催化氧化技术处理垃圾渗滤液有机废水时，应合理控制槽电压、极间隔距离以及pH等影响因素，其中槽电压以及极间隔距离存在最佳值，只有保证各项影响因素控制合理，才能充分发挥电催化氧化技术的价值。

参考文献：

[1] 陈蕊， 徐菁， 张钢强. 高级氧化技术在难降解工业污水中的应用研究[J]. 环境科学与管理， 2019， 44（5）：99-102.

[2] 陈蕾， 王志鹏. 电化学高级氧化技术处理难降解有机废水的影响因素[J]. 应用化工， 2019， 48（1）：164-168.

[3] 郭壮. 过臭氧化技术处理低浓度有机废水的过程强化及机理研究[D]. 中国科学院大学（中国科学院过程工程研究所）， 2019.

[4] 赵媛媛， 王德军， 赵朝成. 电催化氧化处理难降解废水用电极材料的研究进展[J]. 材料导报， 2019， 33（7）：8.

[5] 张小平， 黄纯钦， 覃理嘉，等. 催化氧化技术处理高浓度有机废水的研究进展[J]. 大众科技， 2020， 22（4）：4.

[6] 滕洪辉， 高泽， 韩丹丹，等. 三维电极电催化氧化技术处理工业废水研究进展[J]. 水处理技术， 2020， 46（4）：4.

[7] 武世煊， 张峰， 杨帆，等. 高铁酸钾辅助PAC混凝沉淀+电化学氧化处理乳化液废水研究[J]. 现代化工， 2021.

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