污水处理厂生化出水的电催化高级氧化法深度处理的能耗研究

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1、2015工业及工业园区废水处理与回用新技术发展高峰论坛会议论文污水处理厂生化出水的电催化高级氧化法深度处理的能耗研究李光1，张清刚1，周元全1,2*（1，武汉威蒙环保科技有限公司武汉430072；2，武汉大学化学与分子科学学院武汉430072）摘要：研究了电催化高级氧化深度处理某工业园区污水生化出水的效果及能耗。每立方米废水提供~500Ah/m3的电量，即可将CODCr由97mg/L降至40mg/L以下，同时氨氮由10.9mg/L降至0.8mg/L，总氮由17.6mg/L降至3.9mg/L，色度由100倍降至10倍之下。添加NaCl、减小电极间距、降低电流密度都可以降低电解

2、电压，进而降低废水处理时的能耗。在添加0.3%NaCl、极间距为25mm、电流密度为80A/m2时，将废水处理至达标排放，直流能耗为2.5kWh/m3。关键词：电催化；高级氧化；深度处理；能耗近年来，国家对环境保护的重视程度越来越高，其中废水、污水的治理是一个重要方面。随着“水十条”的发布，国家对废水排放的要求不断提高，监测力度空前加大。目前，国内外通常将工业废水和工业园区废水进行集中处理[1]。一般工业园区内各工厂产生的废水需先经过预处理，达到园区污水处理厂的进水要求后，再汇集到污水处理厂内集中处理[2]。因此，工业园区废水来源广泛，成分非常复杂，水质波动频繁，生物毒性高

3、，可生化性低，使目前常用的物理化学预处理-生化处理模式，难以将其处理至国家要求的排放水平[3]。此时，虽然废水的污染物浓度已经很低，但其主要成分都是难以物化分离和生化降解的物质[2]。为了达标排放，采用新技术对其进行深度处理，成为该领域的一个亟需解决的问题。电催化高级氧化法是一种新型的废水处理技术，该技术利用有机物、氨氮等在阳极表面发生的氧化反应，可以直接将其去除，不产生浓缩液，无需添加氧化剂（如双氧水），工艺和设备简单，易于管理维护，且运行成本适中，在工业废水的预处理改性和深度处理方面有着突出的优势[4~7]。由于一系列原因，行业内一直认为电化学法处理废水的能耗高，导致该

4、技术未能获得广泛应用。本文采用电催化高级氧化法，处理某工业园区污水处理厂生化出水，并着重研究了影响能耗的因素。实验结果表明，电催化高级氧化技术不仅能将某工业园区污水处理厂生化出水的CODCr、氨氮、总氮、色度等指标均能达到排放标准，且能耗可低至2.5kWh/m3。1．装置及方法1.1废水来源及水质原水取自河北省某市工业园区污水处理厂的生化出水，COD=90~160mg/L，pH=7~8，色度=50~200倍，呈黄褐色，该地排放标准提标至COD<40mg/L。表1.废水的主要污染物含量及当地排放标准项目废水电催化高级氧化出水pH7~87~8CODmg/L97<40色度/倍10

5、0<10氨氮mg/L10.9<0.8总氮mg/L17.6<3.91.2实验装置和方法1.2.1实验装置电催化高级氧化实验装置如图1a所示，电催化高级氧化工业设备实物如图1b所示。实验装置由电解槽（1）、阳极（2）、阴极（3）和脉冲直流电源（4）组成，电解槽的有效容积为500ml，阳极和阴极的有效电解面积都为125cm2。图1b所示的工业设备，包括两台电解槽和一台脉冲直流电源，单台电解槽内电极的有效电解面积为3.8m2，外形尺寸647mmx532mmx2100mm，所配套732015工业及工业园区废水处理与回用新技术发展高峰论坛会议论文的脉冲直流电源额定输出电流0~60A，额

6、定输出电压0~200V，视载功率12kVA。阳极采用稀土掺杂氧化物催化电极（武汉威蒙环保科技有限公司），阴极采用普通Cu板。图1.电催化高级氧化实验装置（a）和工业设备实物照片（b）1.2.2实验方法取500ml废水倒入实验装置的电解槽中，接通电源，调节电流后，恒流电解一定时间后，关闭电源，并将废水从电解槽中倒出。1.3分析方法CODCr的测试采用重铬酸钾快速消解分光光度法，测试仪器为HH-6型化学需氧量快速测定仪；氨氮和总氮的测试采用紫外-可见分光光度法，测试仪器为L5S型紫外可见分光光度计；色度的测试采用稀释倍数法。1.4计算方法单位体积电量计算公式为：Q=It/V0…

7、………………………………………（1）其中，Q为单位体积电量，单位为Ah/m3；I为电流，单位为A；t为电解时间，单位为h；V为废水体积，单位为m3。单位体积能耗计算公式为：W=QU/1000………………………………………（2）其中，W为单位体积能耗，单位为kWh/m3；Q为单位体积电量，单位为Ah/m3；U为电压，单位为V。2.结果与讨论2.1电量与COD、去除率的关系电解时，有机物扩散到阳极表面发生电化学反应，其携带的电子经过一系列反应转移至外电路中，从而被氧化降解，甚至矿化为CO2（如图2a所示）。有机物被氧化