DSA阳极处理垃圾渗滤液膜浓缩液控制参数研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0735

摘要/Abstract

摘要：

采用形态稳定阳极（DSA）的电催化氧化技术为难降解有机废水处理提供了新的发展方向，该技术存在的难题是要根据废水性质选取合适的电极和控制参数。通过对武汉某垃圾填埋场渗滤液MBR+NF膜浓缩液的电催化氧化实验，表明钌铱锡电极对COD、总氮和色度均有更好的处理效果。该电极在电流密度为12 mA/cm²，极板间距为1.5 cm，pH为8时，运行180 min后COD可降至4.58 mg/L，COD去除率达97.95%。通过实验及分析，建议工程实际中各控制参数选择的优先级顺序为：阳极材料>电流密度>极板间距>初始pH>曝气量>钛基底结构形式。实验表明，单级低电流处理难以达到一级A标准，高电流处理能耗高且会影响电极寿命，因此建议工程中采用“6 mA/cm²+12 mA/cm²”或“6 mA/cm²+18 mA/cm²”的梯度电流组合的多级电催化工艺。

关键词: DSA阳极, 垃圾渗滤液, 膜浓缩液, 电催化氧化, 控制参数

Abstract:

The electrocatalytic oxidation technology with dimensionally stable anode（DSA） provides a new development direction for the treatment of refractory organic wastewater. The challenge is to select the appropriate electrode and control parameters according to the quality of wastewater. The electrocatalytic oxidation experiment of a landfill membrane concentrate in Wuhan showed that ruthenium-iridium-tin electrode had good treatment effect on COD，TN and chroma. When the current density was 12 mA/cm²，the distance between plates was 1.5 cm and pH=8，the COD could be reduced to 4.58 mg/L after 180 min，and the removal rate could reach 97.95%. Through experiments and analysis，the priority order of the control parameters followed：anode material>current density>plate spacing> initial pH>aeration rate>titanium substrate structure. The experimental results showed that the single-stage low current treatment was difficult to reach the first class A standard，and the high current treatment consumes high energy and affected the electrode life. So，it is suggested to adopt the multi-stage electrocatalytic process of gradient current combination of “6 mA/cm²+12 mA/cm²” or “6 mA/cm²+18 mA/cm²” in engineering practice.

Key words: dimensionally stable anode, landfill leachate, membrane concentrate, electrocatalytic, control parameters

中图分类号:

X703.1

李于晓, 余冬元, 孟令果. DSA阳极处理垃圾渗滤液膜浓缩液控制参数研究[J]. 工业水处理, 2022, 42(5): 96-102.

Yuxiao LI, Dongyuan YU, Lingguo MENG. Control parameters of dimensionally stable anode treated landfill leachate membrane concentrate[J]. Industrial Water Treatment, 2022, 42(5): 96-102.

https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I5/96

图/表 6

图1 电催化氧化实验装置 1—直流稳压电源；2—磁力搅拌器；3—DSA阳极；4—钛阴极；5—烧杯；6—水温计；7—极板间距调节螺杆

Fig.1 Electrocatalytic oxidation experimental device

表1 废水水质

Table 1 Wastewater quality

项目	COD/（mg·L^-1）	TN/（mg·L^-1）	Cl^-/（mg·L^-1）	pH	电导率/（mS·cm^-1）	色度
数值	220±30	18.4±0.2	2 000±300	7.8±0.2	6.15±0.2	>800

图2 不同阳极对总氮、色度和COD去除率的变化曲线

Fig.2 Variation curves of total nitrogen， chroma and COD removal rate by different anodes

图3 电流密度对COD去除效果的影响

Fig.3 Effect of different current density on COD removal

图4 初始pH对COD的去除率变化曲线

Fig. 4 Change curve of COD removal rate at different initial pHs

图5 不同间距条件下COD去除率的变化及电源平均功率

Fig.5 Variation of COD removal rate and average power of power supply under different spacing conditions

参考文献 27

1	HE Pinjing， XUE Junfeng， SHAO Liming，et al.Dissolved organic matter（DOM） in recycled leachate of bioreactor landfill［J］.Water Research，2006，40（7）：1465-1473. doi:10.1016/j.watres.2006.01.048
2	LIU Yong， CHEN Yong， DENG Jinhua，et al.N-doped aluminum-graphite（Al-Gr-N） composite for enhancing in situ production and activation of hydrogen peroxide to treat landfill leachate［J］.Applied Catalysis B：Environmental，2021，297：120407. doi:10.1016/j.apcatb.2021.120407
3	艾恒雨，孟棒棒，李娜，等.我国垃圾渗滤液膜浓缩液处理现状与污染控制建议［J］.环境工程技术学报，2016，6（6）：553-558. doi:10.3969/j.issn.1674-991X.2016.06.080
	AI Hengyu， MENG Bangbang， LI Na，et al.Treatment status and pollution control suggestions for membrane concentrated leachate in China［J］.Journal of Environmental Engineering Technology，2016，6（6）：553-558. doi:10.3969/j.issn.1674-991X.2016.06.080
4	孙友，张超，李本高.物化法处理垃圾渗滤液的研究进展［J］.工业水处理，2013，33（1）：1-5. doi:10.11894/1005-829x.2013.33(1).1
	SUN You， ZHANG Chao， LI Bengao.Research progress in the treatment of landfill leachate by physico-chemical methods［J］.Industrial Water Treatment，2013，33（1）：1-5. doi:10.11894/1005-829x.2013.33(1).1
5	张亚通，朱鹏毅，朱建华，等.垃圾渗滤液膜截留浓缩液处理工艺研究进展［J］.工业水处理，2019，39（9）：18-23. doi:10.11894/iwt.2018-0876
	ZHANG Yatong， ZHU Pengyi， ZHU Jianhua，et al.Evolution of the treatment for membrane filtration concentrate of landfill leachate［J］.Industrial Water Treatment，2019，39（9）：18-23. doi:10.11894/iwt.2018-0876
6	龚逸，王云海，朱南文，等.垃圾渗滤液膜滤浓缩液的电化学氧化处理研究［J］.环境污染与防治，2015，37（5）：11-16. doi:10.15985/j.cnki.1001-3865.2015.05.003
	GONG Yi， WANG Yunhai， ZHU Nanwen，et al.Advanced treatment of concentrated leachate from membrane filtration using electrochemical process［J］.Environmental Pollution & Control，2015，37（5）：11-16. doi:10.15985/j.cnki.1001-3865.2015.05.003
7	黄力彦，吕逵弟，谭艳来，等.铁碳微电解法预处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液［J］.工业安全与环保，2015，41（7）：37-39. doi:10.3969/j.issn.1001-425X.2015.07.012
	HUANG Liyan， Kuidi LÜ， TAN Yanlai，et al.Pretreatment of concentrated leachate from RO system by iron carbon micro-electrolysis［J］.Industrial Safety and Environmental Protection，2015，41（7）：37-39. doi:10.3969/j.issn.1001-425X.2015.07.012
8	ZHANG Zhang， TENG Chunying， ZHOU Kanggen，et al.Degradation characteristics of dissolved organic matter in nanofiltration concentrated landfill leachate during electrocatalytic oxidation［J］.Chemosphere，2020，255：127055. doi:10.1016/j.chemosphere.2020.127055
9	张皓贞，张超杰，张莹，等.垃圾渗滤液膜过滤浓缩液处理的研究进展［J］.工业水处理，2015，35（11）：9-13. doi:10.11894/1005-829x.2015.35(11).009
	ZHANG Haozhen， ZHANG Chaojie， ZHANG Ying，et al.Research progress in the treatment of concentrated solution produced from landfill leachate treated by membrane filtration［J］.Industrial Water Treatment，2015，35（11）：9-13. doi:10.11894/1005-829x.2015.35(11).009
10	DENG Yang， ENGLEHARDT J D.Electrochemical oxidation for landfill leachate treatment［J］.Waste Management，2007，27（3）：380-388. doi:10.1016/j.wasman.2006.02.004
11	FERNANDES A， PACHECO M J， CIRÍACO L，et al.Review on the electrochemical processes for the treatment of sanitary landfill leachates：Present and future［J］.Applied Catalysis B：Environmental，2015，176/177：183-200. doi:10.1016/j.apcatb.2015.03.052
12	黄凯兴，雷涛，陈石，等.电氧化法处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液的试验研究［J］.工业安全与环保，2016，42（3）：22-24. doi:10.3969/j.issn.1001-425X.2016.03.007
	HUANG Kaixing， LEI Tao， CHEN Shi，et al.Experimental study on the treatment for membrane filtration concentrate of landfill leachate by electro-oxidation［J］.Industrial Safety and Environmental Protection，2016，42（3）：22-24. doi:10.3969/j.issn.1001-425X.2016.03.007
13	崔丽，许涛，李虹翰，等.混凝电催化氧化深度处理垃圾渗滤液［J］.沈阳工业大学学报，2020，42（4）：407-411. doi:10.7688/j.issn.1000-1646.2020.04.09
	CUI Li， XU Tao， LI Honghan，et al.Advanced treatment of landfill leachate by coagulation-electrocatalytic oxidation［J］.Journal of Shenyang University of Technology，2020，42（4）：407-411. doi:10.7688/j.issn.1000-1646.2020.04.09
14	唐长斌，卢宇轩，王飞，等.用于水体中有机污染物电催化降解的非贵金属氧化物阳极的研究进展［J］.材料工程，2020，48（6）：62-72. doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2019.000422
	TANG Changbin， LU Yuxuan， WANG Fei，et al.Research progress of non-precious metal oxide coated anodes for electrocatalytic degradation of organic pollutants in water［J］.Journal of Materials Engineering，2020，48（6）：62-72. doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2019.000422
15	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）：1125-1132. doi:10.11896/cldb.17120274
	ZHAO Yuanyuan， WANG Dejun， ZHAO Chaocheng.Progress in electrode materials for refractory wastewater treatment by electro-catalytic oxidation［J］.Materials Reports，2019，33（7）：1125-1132. doi:10.11896/cldb.17120274
16	熊昆.电解析气催化材料的结构设计及性能研究［D］.重庆：重庆大学，2015.
	XIONG Kun.Studies on structure design and electrochemical performance of catalytic materials for gas-evolving reactions［D］.Chongqing：Chongqing University，2015.
17	CHEN Xueming， CHEN Guohua， YUE P L.Stable Ti/IrO _x -Sb₂O₅-SnO₂ anode for O₂ evolution with low Ir content［J］.The Journal of Physical Chemistry B，2001，105（20）：4623-4628. doi:10.1021/jp010038d
18	戴红，徐杉，黄焱，等.钛基钌系氧化物涂层阳极电催化水处理活性与失活［J］.贵金属，2019，40（3）：70-75. doi:10.3969/j.issn.1004-0676.2019.03.014
	DAI Hong， XU Shan， HUANG Yan，et al.Activation and deactivation of titanium-based ruthenium oxide coating anode in electrocatalysis water treatment［J］.Precious Metals，2019，40（3）：70-75. doi:10.3969/j.issn.1004-0676.2019.03.014
19	罗阳春，王家德，陈建孟，等.电催化氧化技术提高垃圾渗滤液可生化性的研究［J］.水处理技术，2005，31（5）：73-75. doi:10.3969/j.issn.1000-3770.2005.05.019
	LUO Yangchun， WANG Jiade， CHEN Jianmeng，et al.Improvement of landfill leachate’s biodegradability by electrochemical methods［J］.Technology of Water Treatment，2005，31（5）：73-75. doi:10.3969/j.issn.1000-3770.2005.05.019
20	WANG Yanqiu， ZHOU Chang， MENG Guangcai，et al.Treatment of landfill leachate membrane filtration concentrate by synergistic effect of electrocatalysis and electro-Fenton［J］.Journal of Water Process Engineering，2020，37：101458. doi:10.1016/j.jwpe.2020.101458
21	ZHANG Jia， ZHOU Yaoyu， YAO Bin，et al.Current progress in electrochemical anodic-oxidation of pharmaceuticals：Mechanisms，influencing factors，and new technique［J］.Journal of Hazardous Materials，2021，418：126313. doi:10.1016/j.jhazmat.2021.126313
22	肖羽堂，陈苑媚，王冠平，等.难降解废水电催化处理研究进展［J］.工业水处理，2020，40（6）：1-6. doi:10.11894/iwt.2019-0672
	XIAO Yutang， CHEN Yuanmei， WANG Guanping，et al.Advances in electrocatalytic treatment of refractory wastewater［J］.Industrial Water Treatment，2020，40（6）：1-6. doi:10.11894/iwt.2019-0672
23	褚衍洋，徐迪民.铁促电解深度处理填埋场渗滤液的研究［J］.环境科学，2007，28（8）：1710-1714. doi:10.3321/j.issn:0250-3301.2007.08.011
	CHU Yanyang， XU Dimin.Electrolysis of iron promoting for the advanced treatment of landfill leachate［J］.Environmental Science，2007，28（8）：1710-1714. doi:10.3321/j.issn:0250-3301.2007.08.011
24	柴佳，柴涛，苏萍萍.DSA电催化氧化法处理黑索金废水的实验研究［J］.中北大学学报（自然科学版），2015，36（2）：197-201.
	CHAI Jia， CHAI Tao， SU Pingping.Experimental study on hexogen wastewater treatment by DSA electrochemical method［J］.Journal of North University of China（Natural Science Edition），2015，36（2）：197-201.
25	李兆欣，甄丽敏，李新洋，等.BDD电极阳极氧化垃圾渗滤液纳滤浓缩液［J］.环境工程学报，2014，8（11）：4662-4668.
	LI Zhaoxin， ZHEN Limin， LI Xinyang，et al.Anodic oxidation of landfill leachate nanofiltration concentrates using BDD electrode［J］.Chinese Journal of Environmental Engineering，2014，8（11）：4662-4668.
26	黄现统，韦芳，汤爱华，等.电催化氧化法深度处理焦化废水［J］.枣庄学院学报，2016，33（2）：71-75. doi:10.3969/j.issn.1004-7077.2016.02.014
	HUANG Xiantong， WEI Fang， TANG Aihua，et al.Advanced treatment of coking waste water by electric catalytic oxidation process［J］.Journal of Zaozhuang University，2016，33（2）：71-75. doi:10.3969/j.issn.1004-7077.2016.02.014
27	岳琳，王启山，王玉恒，等.电催化氧化处理垃圾渗滤液［J］.北京化工大学学报（自然科学版），2007，34（6）：589-593.
	YUE Lin， WANG Qishan， WANG Yuheng，et al.Treatment of landfill leachate by an electrocatalytic oxidation process［J］.Journal of Beijing University of Chemical Technology（Natural Science Edition），2007，34（6）：589-593.

[1]	李金, 仇璐, 刘锐, 李军, 李瀚屹, 颜兵, 何江, 梁贤金, 易彪. 垃圾渗滤液处理系统方案评价模型研究[J]. 工业水处理, 2025, 45(3): 121-128.
[2]	钟全发, 钟琳, 徐国徽, 金青海, 余瑾, 徐飞, 何頔. 垃圾渗滤液膜浓缩液全量化处理中溶解性有机物分子水平转化特征[J]. 工业水处理, 2025, 45(2): 109-117.
[3]	谷立坤, 郝建新, 岳金葳, 许贺铭, 曹冬辉, 李奕潮, 彭赵旭, 张建云. 垃圾发电厂渗滤液厌氧反应器启动污泥适应性研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(9): 75-84.
[4]	刘楚楚, 金春姬, 孙楠, 高孟春. 阴极阳极协同电催化降解高硫酸盐废水中活性染料[J]. 工业水处理, 2024, 44(4): 127-137.
[5]	陈海, 许森飞, 朱焕铮, 张春远, 张涛, 陆洁平, 何仕均. 电子束技术处理垃圾渗滤液研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(2): 166-171.
[6]	张惠祥, 张学敏, 孙三祥, 李丽. 超高压反渗透技术处理西北某垃圾渗滤液小试研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(12): 104-108.
[7]	顾晓扬, 汪晓军, 陈振国. 老龄垃圾渗滤液厌氧氨氧化处理工程运行效能分析[J]. 工业水处理, 2024, 44(11): 182-187.
[8]	钱朕, 何战友, 金鹏康, 金鑫, 宗宇凯, 杨超, 许兰洲. 垃圾渗滤液的延时搅拌造粒混凝处理特性研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(1): 88-95.
[9]	李兆阳, 姚庆林, 张浩, 李诚, 顾悦, 王少坡. 三维电极氧化处理污水厂二级出水中试研究[J]. 工业水处理, 2023, 43(8): 159-164.
[10]	丁西明, 闵海华, 高波, 汤萌萌. 垃圾渗滤液处理节能增效技术措施探讨[J]. 工业水处理, 2023, 43(8): 193-197.
[11]	李春彤, 任会学, 林姝羽, 孙士泽, 白远慧, 孙铭璞, 武道吉. 难降解废水污染治理中DSA电极的优化研究进展[J]. 工业水处理, 2023, 43(8): 48-56.
[12]	武宇鹏, 房慧, 刘潇冉, 张玉蕾. 电催化氧化处理脱硫废水COD的试验研究[J]. 工业水处理, 2023, 43(5): 122-128.
[13]	张志军, 成鹏, 谢智翔, 束蒋成. 改性钛基二氧化铅电极催化氧化降解水中四环素[J]. 工业水处理, 2023, 43(3): 71-79.
[14]	赵倩, 陈丽媛, 李小堃, 漆韫绸, 潘红忠, 祝贤彬. 荆门某填埋场渗滤液的微生物群落结构及功能分析[J]. 工业水处理, 2023, 43(12): 101-108.
[15]	宋恒玥, 刘芝宏, 周爱娟, 岳秀萍, 崔颖. 吹脱超声强化垃圾渗滤液碱性厌氧发酵产酸研究[J]. 工业水处理, 2023, 43(12): 155-161.

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容