电催化氧化深度处理污水厂二级出水中试研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0766

摘要/Abstract

摘要：

为确定电催化氧化对污水厂二级出水的处理效果及优化运行参数，采用连续流反应器，以天津市某污水厂二级出水为原水，通过单因素实验考察了极板类型、极板数量、电流密度、极板间距、水力停留时间对COD、氨氮、总氮去除效果的影响。结果表明：对于COD和氨氮的去除，钌钛电极的去除效果优于钌铱电极；增加极板数量可以强化有机污染物的去除率。采用钌钛电极的优化运行参数：电流密度10 mA/cm²，极板间距8 cm，水力停留时间2.75 h；在优化条件下运行时，COD平均去除率为55.1%，氨氮平均去除率为99.6%，总氮平均去除率为85.9%。综合系统消耗的电费、极板损耗费及日常维护等费用，优化运行条件下吨水运行成本为10.2元。推测氨氮及COD的去除机理为活性氯与·OH的共同作用。

关键词: 电催化氧化, 二级出水, 深度处理

Abstract:

To determine the effect of electrocatalytic oxidation on secondary effluent of wastewater plants and optimize the operation parameters， a continuous flow reactor was used by using secondary effluent of a sewage in Tianjin as raw water. The effects of plate type， number of plates， current density， plate spacing， and hydraulic retention time on the removal effects of COD， ammonia nitrogen， and total nitrogen were investigated by single factor experiments. The results showed that the effect of Ti/RuO₂electrode was better than that of Ti/RuO₂-IrO₂ electrode for the removal of COD and ammonia nitrogen. Increasing the number of plates could enhance the removal rate of organic pollutants. The optimized operating parameters of Ti/RuO₂ electrode were： current density of 10 mA/cm²， plate spacing of 8 cm， and hydraulic retention time of 2.75 h. Under the optimized conditions，the average removal rate of COD was 55.1%， average removal rate of ammonia nitrogen was 99.6%， and that of total nitrogen was 85.9%. The cost of electricity， plate loss and daily maintenance consumed by the system was ¥10.2 per ton of water under optimized operating conditions. It was speculated that the removal mechanism of ammonia nitrogen and COD was the combined action of active chlorine and ·OH.

Key words: electrocatalytic oxidation, secondary effluent, advanced treatment

中图分类号:

X703.1

李诚, 张浩, 顾悦, 王少坡. 电催化氧化深度处理污水厂二级出水中试研究[J]. 工业水处理, 2022, 42(4): 113-118.

Cheng LI, Hao ZHANG, Yue GU, Shaopo WANG. Pilot-scale study on advanced treatment of secondary effluent from wastewater treatment plant by electrocatalytic oxidation[J]. Industrial Water Treatment, 2022, 42(4): 113-118.

https://gyscl.magtechjournal.com/CN/Y2022/V42/I4/113

图/表 7

图1 电催化氧化装置

Fig. 1 Electrocatalytic oxidation device

表1 极板类型对污染物去除效果的影响 (%)

Table 1 Influence of plate type on pollutant removal effect

项目	氨氮去除率	总氮去除率	COD去除率	总磷去除率
钌钛电极	99.9±0.01	78.1±1.5	28.3±3.0	8.3±1.0
钌铱电极	99.9±0.02	79±1.9	20.4±2.0	9.0±1.2

表2 极板数量对污染物去除效果的影响 (%)

Table 2 Influence of plate number on pollutant removal effect

项目	COD去除率	氨氮去除率	总氮去除率
2对极板	28.3±3.0	99.9±0	78.1±2.6
4对极板	64±4.2	98.4±0.1	70.0±2.2

图2 极板间距对污染物去除效果的影响 a—COD；b—氨氮及总氮

Fig. 2 Influence of plate spacing on pollutant removal effect

图3 电流密度对污染物去除效果的影响 a—COD；b—氨氮及总氮

Fig. 3 Influence of current density on pollutant removal effect

图4 水力停留时间对污染物去除效果的影响 a—COD；b—氨氮及总氮

Fig. 4 Influence of hydraulic retention time on pollutant removal effect

图5 优化运行条件下污染物的去除效果 a—COD；b—氨氮及总氮

Fig. 5 Pollutant removal effect under optimized operating conditions

参考文献 17

1	王树涛，王虹，马军，等. 我国北方城市污水处理厂二级处理出水的水质特性［J］. 环境科学，2009，30（4）：1099-1104. doi:10.3321/j.issn:0250-3301.2009.04.027
	WANG Shutao， WANG Hong， MA Jun， et al. Analysis of the secondary effluent of municipal wastewater in North China［J］. Environmental Science， 2009， 30（4）： 1099-1104. doi:10.3321/j.issn:0250-3301.2009.04.027
2	胡承志，刘会娟，曲久辉. 电化学水处理技术研究进展［J］. 环境工程学报，2018，12（3）：677-696. doi:10.12030/j.cjee.201801179
	HU Chengzhi， LIU Huijuan， QU Jiuhui. Research progress of electrochemical technologies for water treatment［J］. Chinese Journal of Environmental Engineering， 2018， 12（3）： 677-696. doi:10.12030/j.cjee.201801179
3	张谊，黄健，丁元法，等. 电化学水处理技术的研究进展［J］. 广州化工，2020，48（15）：31-34. doi:10.3969/j.issn.1001-9677.2020.15.011
	ZHANG Yi， HUANG Jian， DING Yuanfa， et al. Research progress on electrochemical water treatment technology［J］. Guangzhou Chemical Industry， 2020， 48（15）： 31-34. doi:10.3969/j.issn.1001-9677.2020.15.011
4	刘峻峰，黄琳琳，李姗姗，等. 电催化氧化对制药废水二级出水的深度处理效能［J］. 环境工程学报，2016，10（11）：6269-6274. doi:10.12030/j.cjee.201507033
	LIU Junfeng， HUANG Linlin， LI Shanshan， et al. Deep treatment efficiency of electrochemical catalytic oxidation for secondary effluent pharmaceutical wastewater［J］. Chinese Journal of Environmental Engineering， 2016， 10（11）： 6269-6274. doi:10.12030/j.cjee.201507033
5	DAGHRIR R， DROGUI P， TSHIBANGU J. Efficient treatment of domestic wastewater by electrochemical oxidation process using bored doped diamond anode［J］. Separation and Purification Technology，2014，131：79-83. doi:10.1016/j.seppur.2014.04.048
6	MOREIRA F C， BOAVENTURA R A R， BRILLAS E，et al. Electrochemical advanced oxidation processes：A review on their application to synthetic and real wastewaters［J］. Applied Catalysis B：Environmental，2017，202：217-261. doi:10.1016/j.apcatb.2016.08.037
7	王立璇，马宏瑞，孟高飞，等. DSA电极催化氧化法处理制药废水的应用研究［J］. 工业水处理，2017，37（7）：35-38. doi:10.11894/1005-829x.2017.37(7).035
	WANG Lixuan， MA Hongrui， MENG Gaofei， et al. Study on the application of catalytic⁃oxidation process with DSA electrode to the treatment of pharmaceutical wastewater［J］. Industrial Water Treatment， 2017， 37（7）： 35-38. doi:10.11894/1005-829x.2017.37(7).035
8	李佳欣，陈野，韩洪军，等. 钛基PbO₂电极制备及其电催化处理煤化工废水［J］. 中国给水排水，2019，35（3）：111-116.
	LI Jiaxin， CHEN Ye， HAN Hongjun， et al. Preparation of Ti⁃based PbO₂ electrode and electrocatalytic oxidation of coal chemical wastewater［J］. China Water & Wastewater， 2019， 35（3）： 111-116.
9	岳琳，王启山，郭建博，等. 电催化氧化法去除垃圾渗滤液中的氨氮［J］. 工业水处理，2010，30（10）：52-55. doi:10.11894/1005-829x.2010.30(10).52
	YUE Lin， WANG Qishan， GUO Jianbo， et al. Removal of ammonia⁃nitrogen from landfill leachate by electro⁃catalytic oxidation process［J］. Industrial Water Treatment， 2010， 30（10）： 52-55. doi:10.11894/1005-829x.2010.30(10).52
10	李杰，李茁，李鹏，等. 三维电催化氧化法的研究进展与应用［J］. 应用化工，2020，49（12）：3221-3225. doi:10.3969/j.issn.1671-3206.2020.12.054
	LI Jie， LI Zhuo， LI Peng， et al. Research progress and application of three⁃dimensional electrocatalytic oxidation［J］. Applied Chemical Industry， 2020， 49（12）： 3221-3225. doi:10.3969/j.issn.1671-3206.2020.12.054
11	徐浩，乔丹，许志成，等. 电催化氧化技术在有机废水处理中的应用［J］. 工业水处理，2021，41（3）：1-9.
	XU Hao， QIAO Dan， XU Zhicheng， et al. Application of electro⁃catalytic oxidation technology in organic wastewater treatment［J］. Industrial Water Treatment， 2021， 41（3）： 1-9.
12	滕洪辉，高泽，韩丹丹，等. 三维电极电催化氧化技术处理工业废水研究进展［J］. 水处理技术，2020，46（4）：12-15.
	TENG Honghui， GAO Ze， HAN Dandan， et al. Research progress of industrial wastewater treatment by three⁃dimensional electrode electrocatalytic oxidation technology［J］. Technology of Water Treatment， 2020， 46（4）： 12-15.
13	朱琼芳，何家平. 电催化氧化处理电镀废水尾水的研究［J］. 辽宁化工，2020，49（7）：752-755. doi:10.3969/j.issn.1004-0935.2020.07.002
	ZHU Qiongfang， HE Jiaping. Application of electro⁃catalytic oxidation in treatment of electroplating wastewater tailwater［J］. Liaoning Chemical Industry， 2020， 49（7）： 752-755. doi:10.3969/j.issn.1004-0935.2020.07.002
14	冯壮壮，王海东，于建，等. 电催化氧化深度处理焦化废水的效果及能耗研究［J］. 工业水处理，2013，33（4）：61-64. doi:10.11894/1005-829x.2013.33(4).61
	FENG Zhuangzhuang， WANG Haidong， YU Jian， et al. Study on the efficacy and energy consumption of the advanced treatment of coking wastewater by electro⁃catalytic oxidation［J］. Industrial Water Treatment， 2013， 33（4）： 61-64. doi:10.11894/1005-829x.2013.33(4).61
15	王开红，岳琳，郭建博. 电催化氧化法处理染料废水的影响因素及动力学［J］. 环境工程学报，2012，6（8）：2640-2644.
	WANG Kaihong， YUE Lin， GUO Jianbo. Affecting factors and kinetics of dye wastewater treatment by electro⁃catalytic oxidation process［J］. Chinese Journal of Environmental Engineering， 2012， 6（8）： 2640-2644.
16	于丽花，薛娟琴，张立华，等. 操作条件对电氧化去除废水中有机污染物的影响研究［J］.环境工程，2017，35（5）：6-10.
	YU Lihua， XUE Juanqin， ZHANG Lihua， et al. Influences of electro⁃oxidation operating conditions on phenol degradation［J］. Environmental Engineering， 2017， 35（5）： 6-10.
17	王永祺. 电催化-电絮凝技术高效处理船舶生活污水的效能研究［D］. 哈尔滨：哈尔滨工程大学，2019.
	WANG Yongqi. Research on the efficiency of electrocatalysis-electroflocculation processing ship domestic sewage［D］. Harbin： Harbin Engineering University， 2019.

[1]	付志强, 佟欣慧, 贾见果, 李亮, 安希忠, 杨晓红. 臭氧/过氧化氢在循环水反应器中催化氧化处理有机废水的研究[J]. 工业水处理, 2026, 46(2): 102-110.
[2]	范云双, 吴秀翠, 李家鑫, 杨蕊, 王杰. 混凝+电催化氧化工艺预处理种衣剂废水[J]. 工业水处理, 2025, 45(9): 56-63.
[3]	张勇跃, 程振华, 王利畏, 路浩. 压裂返排液的深度处理及再利用技术研究进展[J]. 工业水处理, 2025, 45(8): 1-10.
[4]	胡若晖, 李一鸣, 金鹏, 李琢宇, 王庆宏, 陈春茂, 詹亚力. 天然白云石催化臭氧氧化处理煤化工废水的长周期研究[J]. 工业水处理, 2025, 45(6): 138-149.
[5]	温福, 李阳, 王储, 李敏, 李晋. 响应曲面法优化电催化氧化处理MDEA废水[J]. 工业水处理, 2025, 45(6): 39-45.
[6]	陈曦, 吴林峰, 张丽, 余川, 张春远, 曹宇东, 陈川红, 陈海. 电子束耦合混凝技术深度处理实际印染废水[J]. 工业水处理, 2025, 45(5): 143-150.
[7]	王冠颖, 郭涵, 刘馨瑶, 朱广晟, 苏志广, 李洋, 崔一尘, 豆俊峰. 臭氧催化氧化深度处理焦化废水技术梳理[J]. 工业水处理, 2025, 45(5): 29-37.
[8]	李洋, 张东方, 刘继先, 杜浩升, 王晓杰. PCB电镀废水综合深度处理工程实例[J]. 工业水处理, 2025, 45(3): 212-218.
[9]	陈子昂, 杨依婷, 迟茜, 杨晶晶, 夏广森, 展巨宏. 电催化臭氧耦合BAC工艺对污水中卡马西平去除和微生物群落影响[J]. 工业水处理, 2024, 44(9): 91-97.
[10]	陈文超, 李勇超, 杨昕旻, 刘佳浩, 单胜道. 多行业污泥生物炭特性及深度处理工业废水行为研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 70-80.
[11]	刘政, 杨龙, 周作绪, 张磊, 吉训胜. 丁二烯法尼龙66盐生产废水深度处理工程实例[J]. 工业水处理, 2024, 44(7): 185-189.
[12]	李旭枫, 王少坡, 周瑶, 常晶, 李荣光. 天津某净水厂引江水强化处理技术研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(5): 132-140.
[13]	樊勤琦, 刘春, 穆思图, 张静, 郭延凯, 马俊俊. 微气泡臭氧氧化+生化中试装置深度处理化工废水运行性能[J]. 工业水处理, 2024, 44(4): 120-126.
[14]	刘楚楚, 金春姬, 孙楠, 高孟春. 阴极阳极协同电催化降解高硫酸盐废水中活性染料[J]. 工业水处理, 2024, 44(4): 127-137.
[15]	李泽乙, 廖常盛, 柴云, 王庆宏, 詹亚力, 陈春茂, 陈发源. 焦化废水生化尾水特征及其深度处理技术进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(3): 10-23.

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容