Pt-TiO2/Ti电催化氧化有机废水的研究

彭 旭，杨宏波，裘群国，潘柯君，夏 帅，周 玲

（1.浙江蓝天环保高科技股份有限公司，浙江 杭州 310018；2.中化蓝天集团有限公司，浙江 杭州 310051）

随着我国工业化的快速发展，环境状况日趋堪忧，如何清洁、绿色地进行工业生产成为摆在各个企业的主要问题[1]。如今工业生产中，大量含卤代烃的化工原料和催化剂的使用，其污染物不可避免地进入水体，成为水体主要难降解污染物质。由于其含有大量的卤化物、重金属，较低浓度就可导致生化活性受到抑制，严重的可导致活性污泥微生物死亡和生化系统的迅速崩溃。

由于一般的生化法难以去除此类物质，因此高级氧化技术随之诞生。传统的高级氧化技术如Fenton法、超临界水氧化、光催化等存在药剂消耗量过大、原料储存不便，或者实际应用困难等情况[2]。电化学法是一种绿色、高效、针对难降解有机废水的处理方法，其具有占地面积小、操作方便简单，基本不出现其它污染的特点，此外不受温度影响，对生化法是较有利的补充，因而受到国内外学者广泛关注[3]。

本研究对于含较高的氨氮、COD的氟碳化工特征的有机废水进行探索，着重介绍该方法对废水降解效果的影响，为该技术工程化应用提供了一定参考。

1 试验部分

1.1 电催化氧化原理

电化学处理废水可分为直接电解和间接电解两大类。直接电解通过在电极表面直接进行氧化还原反应，其中阳极发生直接氧化反应，将污染物转化为无毒或低毒物质，或者直接氧化为无机物；阴极发生电极表面还原反应，从而达到削减污染物的目的[4]。

间接电氧化是指电极产生氧化还原性物质作为废水降解的反应剂或催化剂，降解有机废水中NH3-N、COD主要是水中氯离子在正极表面活化，形成有效余氯和活性氯，同时负极形成活性·O和·OH；这些活性物质对水中NH3-N、COD进行催化氧化，将其降解成小分子物质以及CO2、

1.2 实验设备及参数

电催化氧化是发生在电极表面的多相反应体系，其污染降解效率主要受界面反应条件控制。本实验废水从底部升流经过电极板，电势均匀，且底部有鼓泡设备，消除了浓差极化，有效提高了降解效率。

实验采用的电催化氧化设备装置包括电解槽、鼓泡器、蠕动泵（0～20 L/h）、电极组件（单极式5 阳极 6 阴极）、直流稳定电源（0～100 A、0～15 V）、各类阀件与管路。电解槽为PP材质（200 mm×150 mm×200 mm）， 鼓泡装置采用可调节供气设备。工作电极阳极为Pt-TiO2/Ti电极（电极材料购于苏州某专业电极厂家），面体比为4.0 m2/m3，阴极为同样尺寸的不锈钢电极；废水的试验参数、检测方法以及结果均按国标法测定。

1.3 工艺流程与进水水质

本实验在环保站污水调节池的出水作为原水，进行现场试验。废水调节池前端为经过预处理的生活污水与工业废水，经溢流管统一进入调节池。实验废水流程如图1所示：

Fig 1 Wastewater treatment process flow chart图1 废水处理工艺流程图

废水用蠕动泵由调节池出水管路打入反应器中，调节进水量，使其HRT为60 min，调节电源输出，根据文献报道[6]，采用电流密度200 A/m2，来进行催化氧化，考察其对氨氮、COD的去除效率，反应器装置示意图与实物图见图2。

实验的进水水质见表1。

Fig 2 Schematic and physical drawings of electrocatalytic reactor图2电催化反应器装置示意图与实物图

表1 实验进水水质Table 1 The exprement of inlet water quality

2 结果与讨论

2.1 对NH3-N的去除效果

在实验设置条件下进行了10次实验，采用纳氏试剂分光光度法对废水进出口氨氮进行测定，降解效果见图3。

调节池进水氨氮在39.4～70 mg/L之间波动，经过60 min电催化氧化后，其数值稳定在8 mg/L以下，达到污水综合排放标准一级标准；同时，降解效率保持在90%左右，表明该电极对氨氮具有较好的降解效果。

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

2.2 对COD的去除效果

在相同的实验条件下，对废水COD进行相应检测；经过60 min电催化氧化后，出水COD浓度稳定在300 mg/L左右，降解效率始终在85%以上；经过电氧化有效降低了有机负荷，减轻了后续生化系统负担，降解效果见图4。

2.3 可生化性比较

分别对进出水的BOD5浓度进行测量，对比同时刻进出水COD浓度发现：进水的BOD5/COD比值约在0.1，可生化性较差，难以被生物降解；经过电催化氧化后，出水BOD5/COD这一比值上升到0.4～0.6之间，可生化性明显提高[7]。这一结果证明电催化氧化不仅可实现COD、BOD5的同步降解，同时较大限度地提高了废水的可生化性，减轻了后续生化负荷[8]。进、出水COD、BOD5以及可生化性见图5。

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

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

3 结论

（1）电催化氧化法可用于浓度较高的COD、NH3-N，含氯有机废水的处理，处理效果稳定可靠，电解60 min后，其浓度分别低于380 mg/L（COD）、8 mg/L（NH3-N），可为工业化应用提供技术支持。

（2）经电催化氧化后，废水BOD5/COD增加，可生化性明显升高，对后续生化系统处理有着促进作用。

（3）电催化氧化法比一般废水处理方法具有更强的氧化还原能力，几乎不消耗化学药剂，适应性强，同时易于实现自动化控制等特点，对于生物法难以处理的含氯有机物采用电化学法可取得良好的降解效果。