难降解废水处理电化学技术
1、前言
电化学技术处理废水的应用起源于20世纪40年代，由于一次性投资较大，电力紧张，成本较高，因而一直以来发展缓慢。直到20世纪60年代，随着电力工业的发展，电化学技术才逐渐被应用到废水处理过程中，常用的水和废水处理电化学方法有电解回收法、电化学氧化法、电解气浮法、电渗析法、微电解法等。近年来，电化学方法已被应用在垃圾渗滤液、印染废水以及石化废水的预处理、深度处理领域。
电化学技术在发展过程中，出现了以下2个问题：一是处理废水所需要的时间问题，针对该问题，研制高催化活性的电极材料和有效的反应器将成为研究的热点入手来解决；二是电极寿命问题，则要从电极材料的结构和制备方法入手去研究。本文概述了几类难降解废水的水质特点及电化学技术在其中的应用，为电化学技术处理难降解废水提供参考。
2、电化学在焦化废水处理中的应用
2.1 焦化废水的水质特点
焦化废水是从原煤的高温干馏、煤气净化和化工产品精致过程中产生的。焦化工艺的复杂性直接决定了焦化废水成分的复杂性。焦化废水中含有大量的有机物和无机物，一般而言，焦化废水呈深棕色，内含酚、氰化物、苯、氨氮、焦油和硫化物等有毒有害物质。高浓度的有机物和氨氮对微生物生长有强烈的抑制作用，目前，焦化废水有80%的企业存在氨氮和COD排放不达标的情况。
2.2 焦化废水处理现状与存在问题
近几年来，对焦化废水处理技术的研究十分活跃。对于焦化废水的处理，水处理中的所有常用工艺，如物理方法中的利用混凝剂的混凝沉淀法、活性炭吸附法、吹脱、化学中和法等，生物处理工艺中的A/O工艺、AA/O工艺、SBR工艺等，都被利用到焦化废水的处理。目前，很多企业对于进入生化池的废水仍采取注入清水稀释的方法来降低氨氮和难降解的有机物的浓度，进而提高废水的可生化性。经过预处理的焦化废水，较多企业采用A/O工艺去除其中的有机物和氨氮，数据统计结果显示，大部分企业出水COD、NH3-N2个指标难以稳定达标。
2.3 电化学氧化法处理焦化废水
二级生化处理后的焦化废水的水质特点是COD和NH3-N不达标，对焦化废水深度处理的主要任务是对COD和NH3-N指标的去除，针对这一任务，单明军等搭建复极性三维电极反应器处理焦化废水小试装置，其中以钛板为基材，在钛板的表面涂镀一定比例的RuO2和TiO2活性涂层，并在活性涂层中添加一定比例的IrO2作为阳极，以钢板作为阴极，焦粉粒子作为反应器中的填料（第三极）。实验过程中，设计了二维电极与复极性三维电极的对比实验，在同等试验条件下，采用三维电极反应器对焦化废水进行深度处理对COD和NH3-N去除效果明显高于二维电极反应器。同时进行复极性三维电极法深度处理焦化废水的正交试验，设计电解时间、极板间距、电流密度、极板对数、曝气量5个因素在4个水平上的试验，得出各因素对COD和NH3-N去除率影响大小的关系都是极板间距>电流密度>电解时间>极板对数>曝气量，得到复极性三维电极最佳反应条件是不曝气的条件下设置电解时间60min、极板间距1cm、电流密度20mA/cm2、极板对数3对以测定深度处理的效果，结果表明：经过生化处理后的焦化废水水样经过焦粉复极性三维电极反应器处理后，其中的主要污染物质：挥发酚、氰化物、COD、石油类和NH3-N等指标可同时满足《钢铁工业水污染物排放标准》（GB13456-92）中焦化废水排放一级标准限值。
3、电化学在垃圾渗滤液处理中的应用
3.1 垃圾渗滤液的水质特点
垃圾渗滤液水质极其复杂，污染物浓度高，因此渗滤液的处理一直是一个世界性的难题。根据垃圾填埋场的年份，垃圾渗滤液又可分为早期渗滤液和晚期渗滤液。早期渗滤液主要特点是：COD、BOD5高，B/C为0.4~0.8，可生化性较好。有机物主要是挥发性脂肪酸，pH一般为5~7，氨氮浓度较高，C/N比较高。晚期渗滤液主要特点是：COD、BOD5降低，B/C接近0.1，可生化性差，有机物主要有腐殖酸和富里酸等组成，氨氮浓度高，C/N比较低。
3.2 垃圾渗滤液处理方法及存在问题
与常规废水处理类似，用于垃圾渗滤液处理的方法也主要包括物化法和生化法，物化法主要包括化学氧化法、吸附法、膜法等。生化法主要包括好氧处理法、厌氧处理法、厌氧-好氧结合法等，生化处理方法能耗少、费用低，可有效降低BOD5、COD和氨氮，还可以去除铁、锰等金属，是应用广泛的处理方法。但是处理在COD、氨氮浓度较高的垃圾渗滤液时一些处理方法达不到达标排放的要求，还需要进一步的深度处理，以满足达标排放的要求。
3.3 电化学氧化法处理垃圾渗滤液
某污水处理厂A/O工艺处理过的垃圾渗滤液水质：CODcr=300mg/L，BOD5=80mg/L，TN=100mg/L，NH3-N=70mg/L，未能达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）排放要求。魏平方等同样采用三维电极反应器，三维电极阳极材料采用Ti/RuO2•IrO2，阴极材料采用不锈钢电极，焦粉粒子填充在电极和电解槽的空隙中，采用气泵于复极性三维电极反应器底部曝气，对垃圾渗滤液进行深度处理。设计了不同电流密度的试验、不同类型电极反应器的对比试验、各种因素和水平的正交试验。得到的试验结论是：在0~120min的反应时间内，电流密度越大，COD和氨氮的去除率逐步增加；通过二维电极、焦粉粒子三维电极和GAC粒子三维电极对比试验，无论是焦粉三维电极还是GAC三维电极，其对垃圾渗滤液中的COD和氨氮的去除率都高于二维电极；正交试验的结果显示，在反应时间80min、电流密度25mA/cm2、电极间距1cm、极板数量3对、曝气量2L/min的最佳试验条件下，经焦粉离子三维电极深度处理后的垃圾渗滤液废水最终可达标排放。
4、电化学在城镇污水处理厂处理中的研究
4.1 城镇污水处理厂脱氮除磷工艺及存在问题
物化脱氮除磷工艺在去除氮磷的同时，对BOD、COD、SS、浊度都有一定的去除。然而生物法脱氮除磷是最常见的方法，现有的城镇污水处理厂利用SBR、AA/O、倒置AA/O和工艺的占多数，AA/O中利用缺氧段和好氧段进行硝化和反硝化脱氮，厌氧和好氧的吸磷释磷已达到除磷效果，同时该工艺可以有效去除SS、BOD、COD等物质。但是随着我国对环保问题的重视，废水排放标准日趋严格，具体表现在《城镇污水处理处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的颁布与执行，该标准对城镇污水处理厂排水中的主要污染指标作出了更为严格的规定，同时针对氮、磷等营养元素对水体产生的富营养化问题，该标准对氮、磷等指标作出了详细的规定。因此，原有的污水处理厂已不能满足新的排放标准。因此脱氮除磷还将是污水处理厂升级改造的重点。
4.2 城镇污水处理厂尾水水质特点
由前述可知，在城镇污水处理厂现有处理水平条件下，其所排尾水中氮、磷等营养物质很难达标排放。针对以上问题，国内外进行大量的研究和实践，大都采用在常规二级生物处理后深度处理以提高和改善水质。比如通过二级生物处理强化处理或者二级处理后出水投加药剂处理。电化学深度处理也可以提高出水水质，是一种高效无二次污染的方法。
4.3 电化学氧化法处理城镇污水处理厂的尾水
何绪文分别以钛板为基材，在钛板的表面涂镀一定比例的RuO2和TiO2活性涂层，并在活性涂层中添加一定比例的IrO2作为阳极，以钢板作为阴极的二维电极深度处理试验，影响电化学去除效率的主要因素包括：电压、电流密度、极板间距、电解时间、水中氯离子浓度等。先进行实验室静态电解氧化小试试验，分别对每个影响因素在不同取值条件下进行试验，分析出水中氨氮、总氮、硝态氮、亚硝态氮、浊度和电导率等参数的去除效果。根据去除率选择最佳试验参数，进行实际水流状态进行动态电解氧化试验，动态试验中的电解时间即为水力停留时间。经电化学深度处理的城镇污水处理厂尾水能够达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中Ⅲ类和Ⅳ类标准排放。
5、结论和展望
综上，电化学技术在二级处理后的强化处理，对COD、NH3-N的处理效果显著，一些物化或者二级生物处理达到处理极限的时候，电化学深度处理可以进一步处理，在环保受到日益关注，各类环境标准更加严格的情况下，电化学法深度处理复杂的废水，具有很大的潜力，受到更加多的重视。
同时，电化学技术成本高、能耗大的劣势也不得不引起重视，要想未来投入生产使用，还需更多的研究去寻求更加低成本高效率的途径，未来的电化学技术的研究，可以从材料角度出发，研究一些新型的电极材料以及填充电极，提高电极反应效率，也可以从催化剂角度出发，研究不同催化剂对电化学高级氧化的作用。（来源：上海田苑环境科技有限公司）