一种电絮凝耦合臭氧处理垃圾渗滤液中难降解物质的方法及装置

1.本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种电絮凝耦合臭氧处理垃圾渗滤液中难降解物质的方法及装置。


背景技术：

2.随着经济的快速发展，导致城市生活垃圾和工业固体废物迅速增加。由于其经济优势，卫生填埋场被广泛接受并用于固体废物处理，因而产生大量的垃圾渗滤液，由于其有机物和氨氮等污染物浓度高，水质复杂，色度高，富含重金属等有毒物质，营养比例不平衡，因而常规的处理方法难以有效的处理垃圾渗滤液，其释放到自然环境中可能会导致地下水、地表水和土壤污染，从而对自然环境和人类健康构成威胁。垃圾渗滤液的cod浓度最高可达上万毫克每升，其中大量的难降解物质是其难以直接进行生物处理的主要原因。垃圾渗滤液中的难降解物质主要为腐殖酸、富里酸和一些亲水性组分，与可生物降解的物质相比，这些难降解物质具有更高的不饱和度、芳香性和氧化性，同时，其中的苯环，羰基和c=c等发色基团也是垃圾渗滤液色度较高的原因。因而处理其中的难降解性物质，对于改善其可生物降解性具有重要的意义。
3.电化学过程因为有较强的污染物去除能力已经被广泛运用于一些难降解废水处理；电絮凝主要是通过牺牲阳极产生的金属离子发生水解反应产生絮凝体吸附溶解性污染物，产生的絮凝体可以通过沉淀和气浮作用从废水中分离，但絮凝过程对一些溶解性物质的处理效果较差，因此需要通过氧化过程来强化处理电絮凝过程难以去除的污染物。研究发现，o3对多环芳烃、酚类化合物和腐殖质等有机污染物具有很强的反应性和选择性，它能够通过对污染物的直接臭氧氧化或通过羟基自由基的间接氧化，将大分子和难降解分子分解为复杂度和分子量较低的分子，此外，臭氧对色度也有着较好的去除效果。同时，臭氧与混凝剂之间发生作用能促进活性氧物种的产生和难降解有机物的转化或去除，通过电絮凝与臭氧的耦合，激发垃圾渗滤液中的氯离子产生活性氯等活性物质，能提高污染物的去除效率，去除垃圾渗滤液中一些难以生化处理的物质，降低污染物浓度，减小垃圾渗滤液的生物毒性，提高生物可利用性。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的缺点，本发明的第一目的在于提供一种电絮凝耦合臭氧处理垃圾渗滤液中难降解物质的方法。本发明通过在电絮凝过程中通入臭氧，强化电絮凝对难生物降解有机物的去除或转化，能极大的改善难降解物质的可生化性和色度等污染物的去除，对化学需氧量和氨氮等都有较好处理效果。
5.本发明的第二目的在于提供一种结构简单、使用便捷、易于实现电絮凝耦合臭氧处理垃圾渗滤液中难降解物质的方法的装置。
6.本发明的第一目的是这样实现的，包括以下步骤：
s1、将牺牲电极预处理后固定于反应装置中；将反应装置中的阳极通过导线与直流电源的正极电连接，将反应装置中的阴极通过导线与直流电源的负极电连接；s2、向反应装置加入待处理的垃圾渗滤液；s3、启动直流电源，调节电压和电流，之后将臭氧通入反应装置中并不断搅拌，反应装置中发生电絮凝和臭氧的耦合作用降解垃圾渗滤液中的污染物。
7.优选地，所述牺牲电极为al，所述阳极为ruo
2-iro2/ti，所述阴极为石墨板。
8.优选地，所述直流电源的电流密度为20-50ma/cm2，进一步优选为50ma/cm2；直流电源可选电压范围0-60v，可选电流范围0-20a。
9.优选地，初始垃圾渗滤液的ph范围为5.0-8.0，进一步优选为5.0。
10.优选地，臭氧流量为400ml/min，s3步骤反应2h。
11.优选地，s1步骤所述预处理是用砂纸充分打磨牺牲电极，再采用纯水超声，充分去除牺牲电极表面的氧化膜。
12.优选地，s3步骤搅拌是持续磁力搅拌。
13.本发明的第二目的是这样实现的，包括直流电源、阴极、牺牲电极、阳极、磁力搅拌器、曝气装置、气体流量计、臭氧发生器以及反应装置，所述阴极、阳极分别设于反应装置内的反应腔体之两侧，所述牺牲电极3通过支架设于反应装置内的反应腔体之中央，所述直流电源的正极通过导线与阳极电连接，直流电源的负极通过导线与阴极电连接，所述磁力搅拌器设于反应装置底部，且磁力搅拌器与反应装置内的反应腔体之底部的搅拌子磁力配合，所述牺牲电极下方设有曝气装置，曝气装置通过气管与臭氧发生器连通，且气管设有气体流量计。
14.优选地，所述牺牲电极有三根且自上而下依次横向设置，牺牲电极长度8cm，直径3mm。
15.与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：1、相比于传统的电絮凝和电解法，本发明耦合电絮凝和臭氧过程能有效去除垃圾渗滤液中的有机物、氨氮和色度等污染物并改善其可生物降解性能，同时电絮凝过程生成的絮凝剂能作为一种“催化剂”，激发臭氧与废水中的氯离子等物质反应，生成活性物质，充分与废水中的污染物反应，经过两个小时的处理，cod从6655mg/l降至4013mg/l，去除率为39.69%，氨氮去除率为28.30%，而对色度的去除可高达100%；2、本发明方法中牺牲电极在电场的作用之下析出金属离子，然后生成絮凝剂通过絮凝作用与污染物反应，同时臭氧与絮凝剂发生反应，生成活性物质，与污染物发生发应，强化了电絮凝过程难以去除的污染物，尤其对垃圾渗滤液中的腐植酸和富里酸等难处理的物质有较好的处理效果，能有效降低其中的溶解性有机物的浓度，改善其生化性能；3、本发明装置反应腔体两侧布置阴、阳电极，而中央布置牺牲电极，并且臭氧发生器位于牺牲电极下方，这种布置方式使得电絮凝过程产生的絮凝剂与装置底部的臭氧充分接触，臭氧与絮凝剂中的反应位点充分反应，以激发体系中活性物质的生成；本发明装置结构简单、使用便捷、易于控制。
附图说明
16.图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明中不同电流密度下电絮凝耦合电絮凝过程对污染物的去除效果；图3为本发明中不同ph条件下电絮凝耦合电絮凝过程对污染物的去除效果；图4为本发明方法中不同工艺处理后的三维荧光光谱图；图中：1-直流电源，2-阴极，3-牺牲电极，4-阳极，5-磁力搅拌器，6-曝气装置，7-气体流量计，8-臭氧发生器，9-反应装置。
具体实施方式
17.下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
18.实施例1本实施例电絮凝耦合臭氧处理垃圾渗滤液中难降解物质的方法，包括以下步骤：s1、将牺牲电极预处理，预处理是用砂纸充分打磨牺牲电极，再采用纯水超声，充分去除牺牲电极表面的氧化膜，然后将经过预处理的牺牲电极固定于反应装置中；将反应装置中的阳极通过导线与直流电源的正极电连接，将反应装置中的阴极通过导线与直流电源的负极电连接；牺牲电极为al，所述阳极为ruo
2-iro2/ti，所述阴极为石墨板；s2、向反应装置加入注入初始ph为5.0，初始cod浓度6568
±
468mg/l，氨氮浓度1640
±
150mg/l的待处理垃圾渗滤液；s3、启动直流电源，调节电压和电流，之后将臭氧通入反应装置中并不断磁力搅拌，反应装置中发生电絮凝和臭氧的耦合作用降解垃圾渗滤液中的污染物，反应2h；采用不同的电流密度（20ma/cm2，30ma/cm2，40ma/cm2，50ma/cm2）进行实验；臭氧流量为400ml/min；电场驱动牺牲电极溶解生成金属离子，进而反应生成絮凝剂絮凝污染物，同时通入的臭氧与生成的絮凝剂发生反应，驱动溶液中的氯离子生成活性氯，并与废水中的污染物反应；上述方法使用本发明装置进行，装置包括直流电源1、阴极2、牺牲电极3、阳极4、磁力搅拌器5、曝气装置6、气体流量计7、臭氧发生器8以及反应装置9，所述阴极2、阳极4分别设于反应装置9内的反应腔体之两侧，所述牺牲电极3通过支架设于反应装置9内的反应腔体之中央，所述直流电源1的正极通过导线与阳极4电连接，直流电源1的负极通过导线与阴极2电连接，所述磁力搅拌器5设于反应装置9底部，且磁力搅拌器5与反应装置9内的反应腔体之底部的搅拌子磁力配合，所述牺牲电极3下方设有曝气装置6，曝气装置6通过气管与臭氧发生器8连通，且气管设有气体流量计7；牺牲电极3有三根且自上而下依次横向设置，牺牲电极3长度8cm，直径3mm；渗滤液位于反应装置9中，启动直流电源1、磁力搅拌器5、臭氧发生器8；在反应装置的反应腔体中电絮凝以及臭氧与污染物进行反应。
19.从反应装置中部取出反应后的水样进行分析，分析水样的cod、氨氮和色度的变化，cod浓度采用哈希快速消解法进行测定，氨氮则采用纳氏分光光度法，利用哈希dr3900分光光度计进行测定，而色度采用式（1）进行测定测定；式中a
436
，a
525
，a
620
，分别为水样在436、525和620nm处的吸光度值；经过两小时的处理后，污染物的去除率随电流密度的增加而增大，50ma/cm2污染
物的去除效率达到最大，cod的去除率为34.78%，氨氮去除率为24.09%，而色度的去除则达到100%；同时，未经处理的垃圾渗滤液的三维荧光光谱显示，在腐殖酸和富里酸区域有较强的特征峰，而这些物质是造成垃圾渗滤液难以处理的主要原因，经过处理后，特征峰强度明显减弱，说明垃圾渗滤液中的以腐殖酸和富里酸为主的难降解被降解或转化为其他小分子物质，表明电絮凝耦合臭氧能有效的去除垃圾渗滤液中的难降解组分，有效改善其生物降解性，以便于对其进行进一步的生物处理。
20.实施例2本实施例电絮凝耦合臭氧处理垃圾渗滤液中难降解物质的方法，除电流密度固定在50ma/cm2，选择不同初始ph（ph=5.0，ph=6.0，ph=7.0，ph=8.0）的待处理垃圾渗滤液外，其余实施例的方法相同；从反应器中部取出反应后的水样进行分析，分析水样的cod、氨氮和色度的变化，三种污染物的分析检测方法同实施例1；随着ph的升高，氨氮和cod的去除率均先减小后增加，在ph为5.0时对污染物的去除效果最好，cod为39.69%，氨氮为28.30%，表明在酸性条件下更利于电絮凝与臭氧的耦合作用。
21.对比例1本对比例除不通入臭氧，并且不加入牺牲电极，实施电流密度为50ma/cm2进行实验外，其余方法与实施例1相同；污染物直接在电极表面发生氧化或电场激发生成活性物质氧化污染物；从反应器中取样分析，分析方法同上述实施例。三维荧光光谱分析发现，垃圾渗滤液经过电和臭氧的耦合处理后，难降解物质的荧光强度下降，说明电和臭氧同时处理对垃圾渗滤液有一定的处理效果，但效果相较于电絮凝和臭氧耦合处理时较差。
22.对比例2本对比例除通入臭氧，但无电场和牺牲电极的加入，其余方法与实施例1相同；臭氧对垃圾渗滤液发生直接氧化；从反应器中部取样分析，分析方法同上述实施例。经臭氧氧化处理后的水样的三维荧光光谱表明，经过臭氧氧化后，腐殖酸区域的荧光强度反而增强了，说明单独的臭氧氧化过程对垃圾渗滤液中具有荧光响应的组分基本没有处理效果。
23.上述实施例和对比例的结果如下表：表1 实验结果
根据表1和图2-4可知，实施例1和2相较于对比例1和2，对于垃圾渗滤液中无污染物的去除效果更好，根据实施例1和2和对比例1和2可知，对于单独的和化学处理和单独的臭氧氧化过程，电絮凝和臭氧耦合对于污染物的去除率和难降解物质的处理效果更好，更适合用于垃圾渗滤液的处理，图4的三维荧光光谱表明，电絮凝和臭氧的耦合作用能充分的去除垃圾渗滤液中的腐殖酸和富里酸等难以生化处理的物质。因此，本发明中的电絮凝耦合臭氧对于有效处理垃圾渗滤液中难以处理的物质，改善其可生化性是可行的，经本发明方法处理后以便于对其采用进一步的生化处理工艺进行处理。

技术特征：
1.一种电絮凝耦合臭氧处理垃圾渗滤液中难降解物质的方法，其特征在于包括以下步骤：s1、将牺牲电极预处理后固定于反应装置中；将反应装置中的阳极通过导线与直流电源的正极电连接，将反应装置中的阴极通过导线与直流电源的负极电连接；s2、向反应装置加入待处理的垃圾渗滤液；s3、启动直流电源，调节电压和电流，之后将臭氧通入反应装置中并不断搅拌，反应装置中发生电絮凝和臭氧的耦合作用降解垃圾渗滤液中的污染物。2.根据权利要求1所述电絮凝耦合臭氧处理垃圾渗滤液中难降解物质的方法，其特征在于所述牺牲电极为al，所述阳极为ruo
2-iro2/ti，所述阴极为石墨板。3.根据权利要求1所述电絮凝耦合臭氧处理垃圾渗滤液中难降解物质的方法，其特征在于所述直流电源的电流密度为20-50ma/cm2。4.根据权利要求1所述电絮凝耦合臭氧处理垃圾渗滤液中难降解物质的方法，其特征在于初始垃圾渗滤液的ph范围为5.0-8.0。5.根据权利要求1所述电絮凝耦合臭氧处理垃圾渗滤液中难降解物质的方法，其特征在于臭氧流量为400ml/min，s3步骤反应2h。6.根据权利要求1所述电絮凝耦合臭氧处理垃圾渗滤液中难降解物质的方法，其特征在于s1步骤所述预处理是用砂纸充分打磨牺牲电极，再采用纯水超声，充分去除牺牲电极表面的氧化膜。7.一种实现根据权利要求1~6任一所述电絮凝耦合臭氧处理垃圾渗滤液中难降解物质的方法的装置，包括直流电源（1）、阴极（2）、牺牲电极（3）、阳极（4）、磁力搅拌器（5）、曝气装置（6）、气体流量计（7）、臭氧发生器（8）以及反应装置（9），其特征在于所述阴极（2）、阳极（4）分别设于反应装置（9）内的反应腔体之两侧，所述牺牲电极（3）通过支架设于反应装置（9）内的反应腔体之中央，所述直流电源（1）的正极通过导线与阳极（4）电连接，直流电源（1）的负极通过导线与阴极（2）电连接，所述磁力搅拌器（5）设于反应装置（9）底部，且磁力搅拌器（5）与反应装置（9）内的反应腔体之底部的搅拌子磁力配合，所述牺牲电极（3）下方设有曝气装置（6），曝气装置（6）通过气管与臭氧发生器（8）连通，且气管设有气体流量计（7）。8.根据权利要求7所述装置，其特征在于所述牺牲电极（3）有三根且自上而下依次横向设置，牺牲电极（3）长度8cm，直径3mm。

技术总结
本发明公开了一种电絮凝耦合臭氧处理垃圾渗滤液中难降解物质的方法及装置，所述方法预处理与导线连接、加入垃圾渗滤液以及反应步骤；所述装置包括直流电源、阴极、牺牲电极、阳极、磁力搅拌器、曝气装置、气体流量计、臭氧发生器、反应装置。本发明耦合电絮凝和臭氧，利用电絮凝过程生成的絮凝剂作为“催化剂”，与反应体系中的氯离子等反应生成活性物质，能有效解决臭氧氧化效率低的问题，并且电絮凝耦合臭氧氧化过程能有效去除垃圾渗滤液中的难生物降解物质。分析发现，经处理后，垃圾渗滤液中腐植酸类难降解物质的荧光强度显著降低；经过两小时的处理后，能去除垃圾渗滤液中近40%的COD，COD浓度从6655mg/L降至4013mg/L，本发明能有效处理垃圾渗滤液中的污染物。效处理垃圾渗滤液中的污染物。效处理垃圾渗滤液中的污染物。


技术研发人员：何欢 者江云 潘学军 任肖敏 黄斌 易湛崴
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2023.08.25
技术公布日：2023/10/8