电化学氧化与厌氧技术联用处理垃圾渗沥水

图1氯离子加入量对COD和氨氮去除率的影响（初始pH8-9)
(2）加入不同辅助试剂的影响实验考查了硫酸钠和H2O2作为电化学氧化辅助试剂对COD和NH3-N去除率的影响。硫酸盐本身不参与电极反应，但作为强电解质，其对电化学氧化具有促进作用，有利于降低电耗，提高电解效率；而H2O2的加入可能在电极上发生分解产生羟基自由基，从而进一步强化电化学氧化过程。图2结果表明，硫酸盐的加入，可使COD的去除率由原来的36％提高到47％（5h电解），而对NH3-N的去除无明显促进作用；加入H2O2可使COD去除率提高到47％，同时对NH3-N的去除率由原来的47％提高到53％。2种助剂对污染物去除率均小于加入等摩尔量的氯化物的结果，在相同实验条件下，加入Cl-对COD和NH3-N的去除率可分别达到54％和89％。说明由于氯离子的加入而发生的间接电化学氧化过程具有更强的氧化去除有机物的能力，同时由于次氯酸与铵离子间的“折点氯化”反应，使NH3-N得以有效地去除。
(3)初始pH值的影响实验结果表明，在处理液pH为8.9和10.0条件下电解6h，几乎所有的NH3-N和86％～90％的COD可被去除；而在pH7.5的条件下，相应的去除率仅为86％和76％（图3）。这是因为在酸性和中性条件下，体系中Cl2和O2是主要氧化剂，只有在弱碱性条件下才会产生Cl-→Cl2→ClO-→Cl-这样的氧化还原循环，使氯得到有效利用，不会因逸出液面造成损失和二次污染环境；同时，在碱性条件下NH3-N多以中性分子形式存在，其较铵离子更易被氧化；但在强碱性条件下，会导致在阳极上部分产生ClO3-离子［反应（2)］。由于ClO3-离子较稳定，反应活性不高，使氧化效率降低。因此，为保证次氯酸盐的有效生成和利用，体系的pH应控制在弱碱性。在本实验研究中，由于UASB出水呈弱碱性（见表1），可不经pH调整直接将UASB出水引入电化学氧化反应器进行深度处理。

图2加入不同辅助试剂对COD和氨氮去除率的影响（初始pH6.0)

图3初始pH对COD和氨氮去除率的影响
2.3电化学氧化过程运行成本
图4给出了电化学氧化处理过程中电流效率的变化情况。结果表明，在最初的1h时，对UASB出水的电流效率可达84％，随后逐渐降低；在电解4～6h之间，电解效率为58％。计算结果表明，在电解4～6h之间的COD能量消耗为55kW•h/kg(图5)；而在相同实验条件下，对渗沥液原水进行电化学氧化处理，其COD能量消耗达到80kW•h/kg。若电解时间增加到10b，则由于电流效率的迅速降低，处理UASB出水的COD能量消耗会提高到91kW•h/kg。这也表明，采用电化学氧化工艺的成本较高，以UASB对渗沥液原水进行预处理，将大量可降解的COD物质先期除去是必要的。
以电化学氧化6h的能量消耗为基础，分别考查了4种处理目标，分别在外加Cl-与否的2种情况下，处理单位体积经UASB预处理的垃圾渗沥液所需要的电量(kW•h/m，），结果如表2所示。

图4电化学氧化过程的电流效率

图5电化学氧化过程的能量消耗
表2电解处理垃圾渗沥液UASB出水的运行成本评价

1)括号中的数据为同时去除的COD或NH3-N的量
结果表明，若使该污水达到COD＜200mg/L和不含有NH3-N的排放要求，其能量消耗约为210kW•h/m3。经计算比较，本文提出的对垃圾渗沥水进行电化学氧化处理的效果及电量消耗优于近年来相关文献报道的结果。
3结论
采用UASB反应器对香港垃圾渗沥水进行预处理，在37℃，HRT为6.1d，平均有机物负荷0.78g/（L•d)的条件下，COD的去除率可达到66.1％。UASB的出水（pH为8.9，COD和NH3-N的含量分别为1610mg/L和1480mg/L)被引入电化学氧化反应器进行深度处理，在外加Cl-2000mg/L和电流密度为32.3mA/cm2的条件下电解6h，可使COD和NH3-N的去除率分别达到87％和100％。在此过程中COD能量消耗小于55kW•h/kg，出水COD为209mg/L，且不含有NH3-N，达到了香港污水排放要求。该工艺组合具有占地面积小，处理过程快速有效，运行成本可接受等优点，有望在垃圾渗沥水处理中得到推广应用。
致谢：感谢香港Croucher基金中国学者访问计划对作者赴港研究的资助，对李晓岩博士在本实验工作中给予的技术支持和指导表示感谢。