电化学氧化法在垃圾渗滤液处理中的应用

王 璐

(贵州省建筑设计研究院，贵州 贵阳 550002)

电化学氧化法在垃圾渗滤液处理中的应用

王 璐

(贵州省建筑设计研究院，贵州 贵阳 550002)

对电化学氧化法在垃圾渗滤液处理中的应用和研究进展进行了论述，分析了电化学氧化法中存在的问题，并提出了未来的主要发展趋势，以合理、有效地处理垃圾渗滤液。

高级氧化，电化学氧化，垃圾渗滤液，污水

1 概述

近十年来，我国城市垃圾的总量以每年10%的速率不断增加，生活垃圾常见的处理方法有卫生填埋、焚烧和堆肥等。由于卫生填埋具有运输管理方便、处理费用低、技术成熟等特点，而被各国广泛采用，目前我国约80%的生活垃圾采用卫生填埋方式进行处理[1]。这必然会产生大量的垃圾渗滤液，垃圾渗滤液是一种难处理的高浓度有机废水，具有不同于一般城市污水的特点：BOD5和COD浓度高(COD一般在5 000 mg/L～20 000 mg/L)且BOD5/COD值低，氨氮、重金属含量较高，其水质水量变化大，成分复杂且随填埋时间变化[2]。如何经济有效地处理垃圾渗滤液已成为垃圾填埋处理技术中的一大难点。由于垃圾渗滤液中含有各种难以生物降解或含有毒性物质，且营养元素失调，因而污水处理常规的生物法往往效果不佳。而物化处理法由于不受垃圾渗滤液水质水量波动的影响，出水水质稳定，对难生物降解物质处理效果较好而被广泛应用[3,4]。目前应用较多的主要是高级氧化技术、吹脱法、吸附法、膜处理法等[5-7]。有学者对在垃圾渗滤液处理中的高级氧化技术如臭氧氧化、光催化氧化、Fenton法、电化学氧化法等进行了对比，发现由于电化学氧化技术具有将有机污染物质转化为CO2和H2O，可在常温常压下进行，并且不产生二次污染易于控制等优点，而被称为是“环境友好技术”，是目前最可能被工业化利用的技术之一[8-10]。本文主要介绍电化学氧化法在垃圾渗滤液处理中的研究和应用。

2 电化学氧化法处理垃圾渗滤液研究进展

早期，电化学氧化法主要应用于工业废水的处理，如皮革废水、染料废水及含酚废水等[9，10]。近十年来，电化学氧化法开始逐渐应用于垃圾渗滤液的处理。

2.1 电化学氧化预处理垃圾渗滤液研究

垃圾渗滤液具有成分复杂、水质水量变化大、有机物和氨氮浓度高且微生物营养元素比例失衡等特点，采用传统的生物处理技术，如吹脱法、化学混凝沉淀法、厌氧法、吸附法等处理效果较差[11]。在此基础上，近年来，各学者相继研究了电化学氧化法在垃圾渗滤液的预处理中的应用。

Chiang等[12]采用电化学氧化法对垃圾渗滤液进行预处理，结果表明COD、氨氮的去除率可分别达到90.3%和80.1%。

Cossu等[13]采用PbO2/SnO2为阳极处理垃圾渗滤液，可使COD值降至100 mg/L以下，氨氮几乎完全去除。

邓莉娟等[15]以气体扩散电极为阴极，不锈钢板为阳极，向电解槽中通入空气，对垃圾渗滤液的降解进行了研究，结果表明：在电流密度为30 mA/cm2、电极距离为2 cm,pH=3.5,[Cl-]=6 000 mg/L,投加的FeSO4·H2O=0.80 g时，废水CODCr去除率可达75.62%。

刘珊等[16]采用正交试验的方法确定了在处理时间为120 min，电流密度7.5 A/dm2，极板间距5 mm，阳极板材为SnO2/Ti，阴极为不锈钢，NaCl投加量为2 g/100 mL时，COD的去除率可达到68.94%，氨氮去除率达到了70.4%。通过GS/MS对处理前后有机污染物的定性分析表明，电化学氧化预处理后，复杂有机物如多级、多环碳链结构的化合物转化成为了简单的小分子有机物质，水质的可生化性显著提高。

2.2 电化学氧化法深度达标处理垃圾渗滤液

由于垃圾渗滤液可生化性低、毒性高，采用生物处理法虽然成本低，但处理效果通常不理想，难以达到国家排放标准，因而需在生物处理工艺后添加深度处理技术。目前现有工程主要应用的是膜技术，目的是进一步去除垃圾渗滤液中的难降解有机物、氨氮、总氮等，如“NF+RO”的“双膜法”技术。但是反渗透技术在实际应用中存在膜的更换周期短、投资运行成本高、浓缩液难以处理等问题[17，18]。在此基础上，各学者研究了电化学氧化法在渗滤液深度处理中的应用。

王鹏等[19]采用电化学氧化和UASB结合技术对含COD和NH3-N分别为4 750 mg/L和1 310 mg/L的垃圾渗滤液进行处理，将UASB预处理后的出水引入电化学氧化反应器进行深度处理，经过6 h的电解间接氧化，COD和NH3-N的去除率分别达到87%和100%，且电能消耗小于55 kWh/kg。

李小明等[20]用电化学氧化法对垃圾渗滤液作深度处理，在pH=4,Cl-浓度为5 000 mg/L,电流密度为10 A/dm2,SPR为三元电极，电解时间为4 h,进水COD和NH3-N分别为693 mg/L和263 mg/L时，COD和NH3-N的去除率分别为90.6%和100%。

蒋桢芸等[21]采用了单室电极、平板Ti/PbO2阴极双室电解和气体扩散阴极(GDE)双室电解3种方式对两级矿化垃圾床出水进行了深度处理研究，结果表明3种电解方式对垃圾渗滤液都具有很好的脱色效果，其中气体扩散电解为阴极的双室电解，TOC去除效果最好，电解2 h后，阳极液TOC去除率为55%，阴极液TOC去除率为41%，实现了阴极和阳极的双极氧化，可显著降低能耗。

Firas Feki等[22]分别研究了Ti/Pt、石墨和PbO2作为电极的电化学氧化法后处理膜生物反应器处理过的垃圾渗滤液，发现Ti/Pt电极处理效果最好，在最优操作条件下，最后的COD和TKN值分别为1 000 mg/L和86 mg/L。最后处理出水的COD,TKN,色度,pH值均满足排放要求。结果表明MBR与电化学氧化法组合工艺可稳定地处理垃圾渗滤液，COD,TKN和色度分别可去除85%,94%和99%。且能耗可从单一电化学氧化法的127 kWh/kg COD降至60 kWh/kg COD。

2.3 电化学氧化法与其他工艺联合处理垃圾渗滤液

电化学氧化处理垃圾渗滤液的处理成本是限制其产业化应用的一个重要影响因素，因而，如何降低能耗是未来电化学氧化垃圾渗滤液的重要研究方向。

褚衍洋等[23]提出采用回灌+铁促电化学氧化工艺来处理垃圾渗滤液的可能性，在传统的电解氧化过程中，污染物主要依靠高级的氧化作用而去除，而在铁促电解法中，引入亚铁盐，强化了电化学氧化有机物的能力，增加了渗滤液的电导率，可降低电解槽的电压节约能耗。研究结果表明采用该工艺可将渗滤液的COD降至300 mg/L，NH3-N降低到15 mg/L，达到渗滤液排放标准。

最近研究表明，电化学氧化法与光化学法联合处理垃圾渗滤液的效果均高于两者单独处理。如Shuhu Xiao等[24]使用了RuO2/Ti作为阳极，研究紫外照射联合电化学法处理垃圾渗滤液的效果，结果表明在原始pH、不添加电解液、电流密度为50 mA/cm2时，能脱除100%的氨氮和颜色,TOC也能去除80%，COD也从最初的560 mg/L降至50 mg/L。

肖书虎等[25]也进行了紫外光强化电化学氧化法处理垃圾渗滤液的研究，发现光电强化电化学过程能生成大量的有机羧酸等小分子有机物，从而明显改善渗滤液的可生化性，结果表明：紫外光强化电化学法处理垃圾渗滤液的COD和NH3-N去除率可分别达到74.3%和94.9%，同时BOD5/COD提高了12倍。

通过以上分析可知，限制电化学氧化法广泛应用的最大障碍即能耗问题，通过电化学氧化法与其他工艺的联合使用，可逐渐减少电能的消耗，如何更好地降低能耗需要进一步地研究。

3 结论与展望

通过以上分析可知，利用电化学氧化法处理垃圾渗滤液，不管是用于预处理还是深度处理，均可获得较好的去除效果。然而目前我国采用的电化学氧化技术还不太成熟，仍存在一系列的问题：

1)目前的电化学氧化法处理垃圾渗滤液的研究多处于实验阶段，能否用于大规模的实际应用之中，有待进一步研究。

2)由于垃圾渗滤液的水质水量波动较大，从实验研究中得出的影响因素和最优处理条件可能不适合具体的各种渗滤液的处理。

3)电化学氧化法仅适用于小规模且出水水质要求高的垃圾渗滤液的处理，而且运行费用昂贵。

电化学氧化处理垃圾渗滤液的处理成本是限制其产业化应用的一个重要影响因素，因而，如何降低能耗是未来电化学氧化垃圾渗滤液的重要研究方向。在实际应用中，考虑其经济可行性，应结合其他技术，在保证去除率的情况下，尽量减少能耗，提高电流效率。如电化学氧化法与生化处理技术的联合，电化学氧化法与膜技术联合使用等。此外，若能利用垃圾填埋场本身产生的沼气发电提供电化学氧化法所需电能则可进一步扩大电化学氧化法的应用。

[1] 彭绪亚,余 毅,刘国涛.不同降解阶段填埋垃圾体的气体渗透性特性研究[J].中国沼气,2003,21(1)：8-11.

[2] 赵宗升,刘鸿亮,李炳伟，等.垃圾填埋场渗滤液污染的控制技术[J].中国给水排水,2000,16(6):20-23.

[3] 孟 了,熊向陨,马 箭.我国生活垃圾渗滤液处理现状及存在问题[J].给水排水,2003,29(10):26-29.

[4] Renou S., Givaudan J. G., Poulain S., et al. Landfill leachate treatment: Review and opportunity[J].Journal of Hazardous Materials,2008,150(8):468-493.

[5] Kurniawan T. A, Lo W, Chan G. Y. Physico-chemical treatments for removal of recalcitrant contaminants from landfill leachate[J].Journal of Hazardous Material,2006(129):80-100.

[6] 申 欢,金奇庭,李明波,等.膜生物法处理城市垃圾渗滤液[J].中国给水排水,2004,20(3):56-58.

[7] 李 君,杜 昱,孙月驰，等.垃圾渗滤液处理的常见问题及解决措施[J].中国给水排水,2010,26(6):138-140.

[8] Quan X J, Cheng Z L, Chen B, et al. Electrochemical oxidation of recalcitrant organic compounds in biologically treated municipal solid waste leachate in a flow reactor[J]. Journal of Environment Science,2013,25(10):2023-2030.

[9] Radha K V, Stridevi V. Eletrochemical oxidation for the treatment of textile industry wastewater[J].Bioresource Technology,2009(100):987-990.

[10] Szpyrkowicz L, Kaul S. N, Neti R. N, et al. Influence of anode material on electrochemical oxidation for the treatment of tannery wastewater[J].Water research,2005(39):1601-1613.

[11] Vlyssides A. G, Karlis P. K, Mahnken G. Influence of various parameters on the electrochemical treatment of landfill leachates[J].Journal of Applied Electrochenistry,2003,33(2):155-159.

[12] Chiang L. C, Chang J. E, Chuang C. T. Electrochemical oxidation combined with physical-chemical pretreatment processes for the treatment of refractory landfill leachate [J].Environmental Engineering Science,2001,18(6):369-379.

[13] Cossu R., Polcaro A.M., Lavagnolo M.C, et al. Electrochemical treatment of landfill leachate: oxidation at Ti/PbO2and Ti/SnO2anodes[J].Environmental Science Technology,1998(32):3570-3575.

[14] 杨继东,赵勇胜,董 军,等.电化学氧化预处理垃圾渗滤液的可行性研究[J].环境科学与技术,2006,29(12):7-10.

[15] 邓莉娟,王中琪,兰紫荆.电化学氧化预处理垃圾渗滤液的实验研究[J].环境科学与管理,2008,33(5):115-117.

[16] 刘 珊,宋 爽,朱 唯,等.电化学氧化法预处理垃圾渗滤液的研究[J].应用化工,2009,38(3):382-385.

[17] 王德河.生活垃圾填埋场及渗滤液处理的考察与分析[J].中国给水排水,2009,25(18):147-150.

[18] 代晋国,宋乾武,张 玥，等.新标准下我国垃圾渗滤液处理技术的发展方向[J].环境工程技术学报,2011,1(3):270-274.

[19] 王 鹏,刘伟藻,方汉平.电化学氧化与厌氧技术联用处理垃圾渗滤水[J].环境科学,2001,22(5):70-73.

[20] 李小明,王 敏,矫志奎,等.电解氧化处理垃圾渗滤液研究[J].中国给水排水,2001,17(8):14-17.

[21] 蒋桢芸,瞿 颖.基于电化学氧化技术对垃圾渗沥液深度处理的研究[J].环境卫生工程,2012,20(5):59-62.

[22] Feki F., Aloui F. Electrochemical oxidation post-treatment of landfill leachates treated with membrane bioreactor[J].Chemosphere,2009(75):256-260.

[23] 褚衍洋,徐迪民.回灌+铁促电化学氧化工艺处理垃圾渗滤液研究[J].环境科学与技术,2007,30(5):86-88.

[24] Xiao S. H, Peng J. F, Song Y. H, et al. Degradation of biologically treated landfill leachate by using electrochemical process combined with UV irradiation[J].Separation and Purification Technology,2013(117):24-29.

[25] 肖书虎,宋永会,万东锦，等.紫外光强化电化学连续流处理垃圾渗滤液[J].环境工程技术学报,2011,1(2):95-100.

The application of electrochemical oxidation in leachate treatment

Wang Lu

(ArchitecturalDesignInstituteofGuizhouProvince,Guiyang550002,China)

This paper discusses the recent application, research and development of waste leachate treatment in chemical oxidation method. At the same time, some problems of the electrochemical oxidation and the main development trend of the future were analyzed, in order to reasonably and effectively handle leachate.

advanced oxidation， electrochemical oxidation， leachate, sewage

2014-11-21

王 璐(1987- )，女，硕士，工程师

1009-6825(2015)04-0199-03

X705

A