CN102701515B - 处理垃圾渗滤液浓缩液的电化学方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理垃圾渗滤液浓缩液的电化学方法，其步骤为：调节垃圾渗滤液浓缩液pH值至2～4，利用高压脉冲电源和合金电极对垃圾渗滤液浓缩液进行一级电化学处理，然后加入氧化加速剂和催化剂进一步进行芬顿反应，再利用高压脉冲电源和高级氧化电催化电极对上清液进行二级电化学处理，即阳极电催化氧化反应和阴极电化学还原反应，直至上清液的BOD5/CODcr的比值≥0.35，得到可进行好氧生化降解的改性垃圾渗滤液浓缩液。本方法通过电化学催化，对浓缩液中结构不同的有机分子实施无选择性的氧化降解和还原改性，有效地消除浓缩液的生物毒性、降低盐含量、降低污染物浓度，从而为垃圾渗滤液浓缩液治理达标排放奠定了基础。

Description

处理垃圾渗滤液浓缩液的电化学方法
技术领域
本发明涉及垃圾渗滤液浓缩液处理的技术领域，具体地指一种处理垃圾渗滤液浓缩液的电化学方法。
背景技术
高含盐、有毒性、难生化的垃圾渗滤液浓缩液已经成为我国污水治理的难点和重点。国家环境保护标准HJ564-2010“生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范(试行)”明确要求：“垃圾渗滤液经过纳滤和反渗透工艺产生的浓缩液宜单独处理，可采用焚烧、蒸发或其它适宜的处理方式。”
但是，由于焚烧和蒸发处理成本很高，每吨浓缩液蒸发费用约200元左右，每吨浓缩液焚烧费用则更高，因此处理垃圾渗滤液浓缩液的工程项目采用焚烧和蒸发的极少。
目前，国内大部分垃圾渗滤液浓缩液采用回灌或外送到城市综合污水处理场稀释处理，然而，回灌处理存在着较大的污染物累积问题，不属于适宜的处理方式，稀释不符合“单独处理”的要求，所以急需研发一种适宜的处理方式来处理垃圾渗滤液浓缩液。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术处理垃圾渗滤液浓缩液所存在的费用高昂，污染物积累的缺陷，提供一种高效环保、经济性好的处理垃圾渗滤液浓缩液的电化学方法。
为实现上述目的，本发明所提供的处理垃圾渗滤液浓缩液的电化学方法，其步骤如下：
a)向垃圾渗滤液浓缩液中加酸，调节pH值至2～4，然后利用高压脉冲电源和合金电极对垃圾渗滤液浓缩液进行脉冲电场效应、电化学催化氧化-电化学还原、电凝聚、电气浮和电-芬顿反应；
b)在反应完毕后的垃圾渗滤液浓缩液中加入氧化加速剂和催化剂进一步进行曝气-芬顿反应，芬顿反应完毕后，对反应产物进行沉淀分离，得到上清液；
c)利用高压脉冲电源和高级氧化电催化电极对上清液进行阳极电催化氧化反应和阴极电化学还原反应，直至上清液的BOD5/CODcr的比值≥0.35，在反应完毕后，对反应产物进行沉淀分离，得到上清水；
d)对上清水进行好氧生化降解，直至其达到GB 16889-2008排放标准。
可选地，所述步骤a)向垃圾渗滤液浓缩液中所加的酸为硫酸或盐酸。
优选地，所述氧化加速剂为O3、H2O2、或Fe2+与H2O2的混合物；所述催化剂为MnO2。
优选地，所述阳极电催化氧化反应中产生的氧化剂与上清水进行的协同氧化作用，所述氧化剂为·OH、H2O2、O2、O3、Cl2、HClO、高价金属离子中的几种混合物。
优选地，所述合金电极为复极式板状铁基活性合金电极，其一面为阳极，另一面为阴极，在进行脉冲电场效应、电化学催化氧化-电化学还原、电凝聚、电气浮和电-芬顿反应时，所述合金电极为多块且板面平行排列，多块合金电极的阳极面朝向电源的负极方向，电源正、负极分别连接在首尾两块合金电极上，为复极式电路连接。
优选地，所述高级氧化电催化电极为复极式板状金属氧化物电极，其一面为阳极，另一面为阴极，在对上清液进行阳极电催化氧化反应和阴极电化学还原反应时，所述高级氧化电催化电极为多块且板面平行排列，多块高级氧化电催化电极的阳极面朝向电源的负极方向，电源正、负极分别连接在首尾两块电催化电极上，为复极式电路连接。
具体来说，上述步骤c)中高级氧化电催化电极对上清液进行阳极电催化氧化反应和阴极电化学还原反应。反应涉及的电催化氧化处理，分为阳极电催化氧化为主反应和阴极电化学还原为副反应的两个反应过程。阳极过程是一个复杂的反应过程，其反应过程存在多种“氧化剂”的协同作用，如·OH、H2O2、O2、O3、Cl2、HClO、高价金属离子等，氧化反应可分为直接催化氧化和间接氧化两个主要过程。
在电极的阳极表面产生直接催化氧化过程分两步进行：
第一步，H2O在金属阳极上放电并产生可吸附的羟基自由基如下式：
MOx+H2O→MOx(·OH)+H++e
第二步，被吸附的羟基自由基与存在氧化物阳极中的氧作用，氧从被吸附的羟基自由基中转移到阳极氧化物晶格中，生成高价态的氧化物MOx+1。
MOx(·OH)→MOx+1+H++e
于是，阳极表面存在两种“活性氧”：
(1)物理吸附“活性氧”即被吸附的是羟基自由基(·OH)
(2)化学吸附的“活性氧”即氧化物晶格中的氧(MOx+1)
这两种“活性氧”在垃圾渗滤液浓缩液中碰到可氧化的有机物时，物理吸附的“活性氧”(·OH)，将按下式反应发生电化学“燃烧”(即是将有机物实施矿化，彻底降解为无机物)：
R+MOx(·OH)→CO2+n H++ne+MOx
而化学吸附的“活性氧”(MOx+1)，将按下式反应生成有选择性的氧化产物：
R+MOx+1→RO+MOx
在液相中发生的间接氧化过程是利用电化学反应产生的氧化物质作为反应剂或催化剂，使污染物转化、降解，间接反应过程可分为可逆过程和不可逆过程，可逆过程(媒介电化学氧化)指的是氧化还原物质在电解过程中可以电化学再生和循环使用，不可逆过程指的是利用不可逆电化学反应产生的物质，如具有氧化性质的氯酸盐、次氯酸盐、过氧化氢及臭氧等氧化有机物的过程。还可以利用电化学反应产生寿命短、氧化性极强的羟基自由基·OH，其标准电位为+2.8V，仅次于F原子，利用这些氧化剂对垃圾渗滤液浓缩液中的污染物实施氧化降解。
本发明的有益效果：通过电化学催化方法对垃圾渗滤液浓缩液进行处理，以直接氧化-还原和间接氧化-还原，对浓缩液中结构不同的有机分子实施无选择性的氧化分解或还原改性，使环状结构、着色基团和杀菌成分等开环、断键、降解、改性，有效地消除浓缩液的生物毒性、降低盐含量、降低污染物浓度，大幅度提高了废水的可生化性，使渗滤液浓缩液的B OD5/CODcr的比值提高到0.35以上，从而使原本无法生化降解的垃圾渗滤液浓缩液变为可生化处理的澄清水，为垃圾渗滤液浓缩液达标排放奠定了基础。此外，本发明所提供的方法易操作、具有工业化应用的可行性。
附图说明
图1为本发明的处理垃圾渗滤液浓缩液的电化学方法的流程框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种处理垃圾渗滤液浓缩液的电化学方法，其步骤如下：
a)渗滤液浓缩液进入调节池，加硫酸调pH值至3，用泵送入脉冲电化学催化槽；
b)脉冲电化学催化槽反应后的出水添加H2O2和MnO2后，去曝气槽进行曝气-芬顿反应，曝气槽反应后的出水，进入一级沉淀槽沉淀，得到上清液，其一级沉淀槽由三台同规格的沉淀槽串联组成；
c)经过一级沉淀槽沉降后的上清液用泵送入电催化氧化槽进行高级氧化降解，大幅度改善污水的可生化性，使上清液的BOD5/CODcr的比值提高到0.35以上，电催化氧化槽反应后的出水去二级沉淀槽沉淀，得到上清水，其二级沉淀槽由两台同规格的沉淀槽串联组成；
d)上清水进入好氧生化槽，经过好氧生化槽生物降解后的出水进入三级沉淀槽沉淀，三级沉淀槽的澄清水达标排放。
其中，脉冲电化学催化槽采用复极式板状铁基活性合金电极，其一面为阳极，另一面为阴极，在进行脉冲电场效应、电化学催化氧化-电化学还原、电凝聚、电气浮和电-芬顿反应时，所述合金电极为多块且板面平行排列，多块合金电极的阳极面朝向电源的负极方向，电源正、负极分别连接在首尾两块合金电极上，为复极式电路连接。
电催化氧化槽采用复极式板状金属氧化物电极，其一面为阳极，另一面为阴极，在对上清液进行阳极电催化氧化反应和阴极电化学还原反应时，所述高级氧化电催化电极为多块且板面平行排列，多块高级氧化电催化电极的阳极面朝向电源的负极方向，电源正、负极分别连接在首尾两块电催化电极上，为复极式电路连接。
实施例2
如图1所示，一种处理垃圾渗滤液浓缩液的电化学方法，其步骤如下：
a)渗滤液浓缩液进入调节池，加盐酸调pH值至3.5，用泵送入脉冲电化学催化槽；
b)脉冲电化学催化槽反应后的出水添加Fe2++H2O2和MnO2后，去曝气槽进行曝气-芬顿反应，曝气槽反应后的出水，进入一级沉淀槽沉淀，得到上清液，其一级沉淀槽由两台同规格的沉淀槽串联组成；
c)经过一级沉淀槽沉降后的上清液用泵送入电催化氧化槽进行高级氧化降解，大幅度改善污水的可生化性，使上清液的BOD5/CODcr的比值提高到0.35以上，电催化氧化槽反应后的出水去二级沉淀槽沉淀，得到上清水，其二级沉淀槽由两台同规格的沉淀槽串联组成；
d)上清水进入好氧生化槽，经过好氧生化槽生物降解后的出水进入三级沉淀槽沉淀，三级沉淀槽的澄清水达标排放。
其中，脉冲电化学催化槽采用复极式板状铁基活性合金电极，其一面为阳极，另一面为阴极，在进行脉冲电场效应、电化学催化氧化-电化学还原、电凝聚、电气浮和电-芬顿反应时，所述合金电极为多块且板面平行排列，多块合金电极的阳极面朝向电源的负极方向，电源正、负极分别连接在首尾两块合金电极上，为复极式电路连接。
电催化氧化槽采用复极式板状金属氧化物电极，其一面为阳极，另一面为阴极，在对上清液进行阳极电催化氧化反应和阴极电化学还原反应时，所述高级氧化电催化电极为多块且板面平行排列，多块高级氧化电催化电极的阳极面朝向电源的负极方向，电源正、负极分别连接在首尾两块电催化电极上，为复极式电路连接。

Claims (3)

1.一种处理垃圾渗滤液浓缩液的电化学方法，其特征在于：步骤如下：
a）向垃圾渗滤液浓缩液中加酸，调节pH值至2～4，然后利用高压脉冲电源和合金电极对垃圾渗滤液浓缩液进行脉冲电场效应、电化学催化氧化-电化学还原、电凝聚、电气浮和电-芬顿反应；
b）在反应完毕后的垃圾渗滤液浓缩液中加入氧化加速剂和催化剂进一步进行曝气-芬顿反应，芬顿反应完毕后，对反应产物进行沉淀分离，得到上清液；
c）利用高压脉冲电源和高级氧化电催化电极对上清液进行阳极电催化氧化反应和阴极电化学还原反应，直至上清液的BOD5/CODcr的比值≥0.35，在反应完毕后，对反应产物进行沉淀分离，得到上清水；
d）对上清水进行好氧生化降解，直至其达到GB16889-2008排放标准；
其中，所述阳极电催化氧化反应中产生的氧化剂与上清水进行的协同氧化作用，所述氧化剂为·OH、H2O2、O2、O3、Cl2、HClO、高价金属离子中的几种混合物；
所述合金电极为复极式板状铁基活性合金电极，其一面为阳极，另一面为阴极，在进行脉冲电场效应、电化学催化氧化-电化学还原、电凝聚、电气浮和电-芬顿反应时，所述合金电极为多块且板面平行排列，多块合金电极的阳极面朝向电源的负极方向，电源正、负极分别连接在首尾两块合金电极上，为复极式电路连接；
所述高级氧化电催化电极为复极式板状金属氧化物电极，其一面为阳极，另一面为阴极，在对上清液进行阳极电催化氧化反应和阴极电化学还原反应时，所述高级氧化电催化电极为多块且板面平行排列，多块高级氧化电催化电极的阳极面朝向电源的负极方向，电源正、负极分别连接在首尾两块电催化电极上，为复极式电路连接。
2.根据权利要求1所述的处理垃圾渗滤液浓缩液的电化学方法，其特征在于：所述步骤a）向垃圾渗滤液浓缩液中所加的酸为硫酸或盐酸。
3.根据权利要求1所述的处理垃圾渗滤液浓缩液的电化学方法，其特征在于：所述氧化加速剂为O3、H2O2或Fe2+与H2O2的混合物；所述催化剂为MnO2。
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