Pt-TiO2/Ti電催化氧化有機廢水的研究

彭 旭，楊宏波，裘群國，潘柯君，夏 帥，周 玲

（1.浙江藍天環保高科技股份有限公司，浙江 杭州 310018；2.中化藍天集團有限公司，浙江 杭州 310051）

隨著我國工業化的快速發展，環境狀況日趨堪憂，如何清潔、綠色地進行工業生產成為擺在各個企業的主要問題[1]。如今工業生產中，大量含鹵代烴的化工原料和催化劑的使用，其污染物不可避免地進入水體，成為水體主要難降解污染物質。由于其含有大量的鹵化物、重金屬，較低濃度就可導致生化活性受到抑制，嚴重的可導致活性污泥微生物死亡和生化系統的迅速崩潰。

由于一般的生化法難以去除此類物質，因此高級氧化技術隨之誕生。傳統的高級氧化技術如Fenton法、超臨界水氧化、光催化等存在藥劑消耗量過大、原料儲存不便，或者實際應用困難等情況[2]。電化學法是一種綠色、高效、針對難降解有機廢水的處理方法，其具有占地面積小、操作方便簡單，基本不出現其它污染的特點，此外不受溫度影響，對生化法是較有利的補充，因而受到國內外學者廣泛關注[3]。

本研究對于含較高的氨氮、COD的氟碳化工特征的有機廢水進行探索，著重介紹該方法對廢水降解效果的影響，為該技術工程化應用提供了一定參考。

1 試驗部分

1.1 電催化氧化原理

電化學處理廢水可分為直接電解和間接電解兩大類。直接電解通過在電極表面直接進行氧化還原反應，其中陽極發生直接氧化反應，將污染物轉化為無毒或低毒物質，或者直接氧化為無機物；陰極發生電極表面還原反應，從而達到削減污染物的目的[4]。

間接電氧化是指電極產生氧化還原性物質作為廢水降解的反應劑或催化劑，降解有機廢水中NH3-N、COD主要是水中氯離子在正極表面活化，形成有效余氯和活性氯，同時負極形成活性·O和·OH；這些活性物質對水中NH3-N、COD進行催化氧化，將其降解成小分子物質以及CO2、

1.2 實驗設備及參數

電催化氧化是發生在電極表面的多相反應體系，其污染降解效率主要受界面反應條件控制。本實驗廢水從底部升流經過電極板，電勢均勻，且底部有鼓泡設備，消除了濃差極化，有效提高了降解效率。

實驗采用的電催化氧化設備裝置包括電解槽、鼓泡器、蠕動泵（0～20 L/h）、電極組件（單極式5 陽極 6 陰極）、直流穩定電源（0～100 A、0～15 V）、各類閥件與管路。電解槽為PP材質（200 mm×150 mm×200 mm）， 鼓泡裝置采用可調節供氣設備。工作電極陽極為Pt-TiO2/Ti電極（電極材料購于蘇州某專業電極廠家），面體比為4.0 m2/m3，陰極為同樣尺寸的不銹鋼電極；廢水的試驗參數、檢測方法以及結果均按國標法測定。

1.3 工藝流程與進水水質

本實驗在環保站污水調節池的出水作為原水，進行現場試驗。廢水調節池前端為經過預處理的生活污水與工業廢水，經溢流管統一進入調節池。實驗廢水流程如圖1所示：

Fig 1 Wastewater treatment process flow chart圖1 廢水處理工藝流程圖

廢水用蠕動泵由調節池出水管路打入反應器中，調節進水量，使其HRT為60 min，調節電源輸出，根據文獻報道[6]，采用電流密度200 A/m2，來進行催化氧化，考察其對氨氮、COD的去除效率，反應器裝置示意圖與實物圖見圖2。

實驗的進水水質見表1。

Fig 2 Schematic and physical drawings of electrocatalytic reactor圖2電催化反應器裝置示意圖與實物圖

表1 實驗進水水質Table 1 The exprement of inlet water quality

2 結果與討論

2.1 對NH3-N的去除效果

在實驗設置條件下進行了10次實驗，采用納氏試劑分光光度法對廢水進出口氨氮進行測定，降解效果見圖3。

調節池進水氨氮在39.4～70 mg/L之間波動，經過60 min電催化氧化后，其數值穩定在8 mg/L以下，達到污水綜合排放標準一級標準；同時，降解效率保持在90%左右，表明該電極對氨氮具有較好的降解效果。

Fig.3 The removal result of NH3-N by Pt-TiO2/Ti圖3 Pt-TiO2/Ti對NH3-N的去除效果

2.2 對COD的去除效果

在相同的實驗條件下，對廢水COD進行相應檢測；經過60 min電催化氧化后，出水COD濃度穩定在300 mg/L左右，降解效率始終在85%以上；經過電氧化有效降低了有機負荷，減輕了后續生化系統負擔，降解效果見圖4。

2.3 可生化性比較

分別對進出水的BOD5濃度進行測量，對比同時刻進出水COD濃度發現：進水的BOD5/COD比值約在0.1，可生化性較差，難以被生物降解；經過電催化氧化后，出水BOD5/COD這一比值上升到0.4～0.6之間，可生化性明顯提高[7]。這一結果證明電催化氧化不僅可實現COD、BOD5的同步降解，同時較大限度地提高了廢水的可生化性，減輕了后續生化負荷[8]。進、出水COD、BOD5以及可生化性見圖5。

Fig.4 The removal result of COD by Pt-TiO2/Ti圖4 Pt-TiO2/Ti對COD的去除效果

Fig.5 The removal result of COD by Pt-TiO2/Ti圖5 Pt-TiO2/Ti對COD的去除效果

3 結論

（1）電催化氧化法可用于濃度較高的COD、NH3-N，含氯有機廢水的處理，處理效果穩定可靠，電解60 min后，其濃度分別低于380 mg/L（COD）、8 mg/L（NH3-N），可為工業化應用提供技術支持。

（2）經電催化氧化后，廢水BOD5/COD增加，可生化性明顯升高，對后續生化系統處理有著促進作用。

（3）電催化氧化法比一般廢水處理方法具有更強的氧化還原能力，幾乎不消耗化學藥劑，適應性強，同時易于實現自動化控制等特點，對于生物法難以處理的含氯有機物采用電化學法可取得良好的降解效果。