电化学氧化与厌氧技术联用处理垃圾渗沥水_生活垃圾_固废处理_资讯

摘要：采用电化学氧化与上流式厌氧污泥床（UASB）结合技术，提出了处理香港垃圾渗沥水的二步法工艺。对含COD和NH3-N分别为4750mg／L和1310mg／L的垃圾渗沥水，首先进行UASB预处理（消化温度37℃，COD负荷0.78g/（L•d)，HRT为6.1d)，获得了66％的COD去除率；UASB的出水被引入电化学氧化反应器进行深度处理。在外加Cl-2000mg/L，电流密度为32.3mA/cm2的条件下，经6h的电解间接氧化，COD和NH3-N的去除率分别达到87％和100％，出水的COD为209mg/L，并且不含NH3-N，此过程的COD电能消耗＜55kW•h/kg。本文讨论了电化学氧化过程中电极反应原理，各实验参数对COD和NH3-N去除率的影响，以及电能消耗与运行成本评估等。
关键词：电化学氧化；UASB；渗沥水；氨氮；COD；氯化物
城市垃圾在卫生填埋厂堆放过程中，其中的有机物质在厌氧菌的作用下被消化，同时由于降水和地面径流水冲刷产生垃圾渗沥水。该类污水随垃圾堆放时间的延长会含有大量生物难降解有机物（如腐植酸，丹宁及有毒化学品等），同时还含有大量的氨态氮，需要对其进行特别处理。香港有680万居民，每天产生约9500t生活垃圾，所有这些垃圾都被收集并堆放到3个卫生填埋厂。目前香港对垃圾填埋厂的渗沥水处理是采用好氧生物氧化法，停留时间长（约30d)，并消耗大量能量，亟待研究开发一种适合香港当地实际情况的高效处理工艺。
本研究提出了对香港垃圾渗沥水处理的二步法工艺。首先，污水通过上流式厌氧污泥床（UASB）反应器对其中的有机物进行消化处理，之后进入电化学氧化反应器对UASB出水中难降解有机物及氨氮进行深度处理。本文结合对香港垃圾渗沥水UASB出水的研究，着重讨论电化学氧化处理工艺的各操作参数对COD和NH3-N去除效率的影响，并对该工艺的化学反应过程及电能消耗等进行了探讨和评估。
1研究方法
实验采用的电化学反应器（电解池）为圆桶型结构，直径为12mm的圆柱型阳极位于圆桶的中心，外围圆桶（内径为40mm)为阴极，阳极以金属钛为基质表面涂渍SnO2，阴极材料为不锈钢，电解池有效池体积为265ml。水样置于体积为2L的玻璃反应器中，通过蠕动泵（流量为0.5L/h)由电解池底部引入，顶部流出，再回到玻璃反应器中，如此循环。整个电化学氧化过程采用恒电流操作（电流密度为32.2mA/cm2）。处理过程中定时取样进行水质分析，其中COD，BOD5和NH3-N的测定采用美国公众健康协会（APHA)制定的标准分析方法（1985）；氯离子及硝酸盐和亚硝酸盐的含量采用离子色谱仪（岛津LC-10）测定。
2结果与讨论
2.1垃圾渗沥液的UASB厌氧生物处理
表1列出了垃圾渗沥液原水及在UASB反应器运行稳态条件下（269～354d)出水的有关水质指标。
结果表明，垃圾渗沥液经UASB反应器生物处理后，氨氮和氯离子含量由于有机污染物的分解释放而略有提高；pH值提高约1.0个pH单位；BOD5和COD的去除率可分别达到96％和66％，但BOD5与COD的比值降至0.06。UASB出水被收集，用于电化学氧化实验研究。
表1渗沥液原水及UASB出水的有关水质指标1）／mg•L-1

1）UASB操作条件：平均有机物（COD)负荷0.78g/（L•d)；HRT6.1d
2.2电化学氧化过程及优化
采用电解生成的次氯酸盐作为氧化剂，氧化去除难降解有机污染物及氨态氮。如何提高次氯酸盐的生成效率是本处理工艺的技术关键。在有Cl-存在下的水溶液中的电化学反应是比较复杂的，其主要的电解反应如下。
在上述电解过程中，电极反应（1）和（4）是平行发生的，它们是形成目标产物次氯酸盐的主反应，而与传质有关的负反应（2）和（5）会造成次氯酸盐氧化剂的损失，应加以控制。为此，提高电流密度和降低电解液流速应有利于次氯酸盐生成效率提高。通过实验，本文确定选择电流密度和电解液流速分别为32.2mA/cm2和0.5L/h。由于本实验采用钛基表面涂渍SnO2作为阳极，有效地提高了氯的析出效率（大于90％），电极反应（3）受到控制，电流效率得到进一步提高。此外，处理液的pH值及支持电解质种类与浓度也对电流效率及污染物去除具有很大影响。
(1)氯离子浓度的影响在本文的电化学氧化过程中，需在处理液中加入一定量的氯化钠。其目的主要有2点：一是氯化钠作为支持电解质，有利于提高溶液的导电能力，降低电能消耗；二是作为电极反应物，有利于提高体系中氧化剂HClO的浓度的［反应（1）和（6）］。在UASB出水中，氯离子浓度已达2010mg/L（见表1），在此基础上考查了不同氯离子加入量对COD及NH3-N去除率的影响（图1）。结果表明，污染物去除率随Cl-加入量的增加而提高。在不外加Cl-的情况下，对UASB出水电解6h，仅有50.5％的COD和55.4％的NH3-N去除率；而加入Cl-达2000mg/L后，相应的去除率分别可达87％和100%。进一步增加Cl-的浓度（如加入量增至4000mg／L）对结果没有明显提高。在后续实验中，选择氯离子的加入量为2000mg/L。