近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市垃圾產(chǎn)生量以每年8%~10%的速度逐年遞增，而由垃圾產(chǎn)生的垃圾滲濾液對(duì)環(huán)境造成的污染和壓力也越來越大。垃圾滲濾液具有水量大、水質(zhì)波動(dòng)大、毒性大、含有大量難降解污染物和大量重金屬離子、高鹽、高氨氮且可生化性差等特點(diǎn)。如果處理不當(dāng)，極易對(duì)土壤、地下水和地表水形成污染，不利于生態(tài)環(huán)境的有序發(fā)展。
電化學(xué)法被認(rèn)為是一種有效去除難降解和有毒有機(jī)物的高級(jí)氧化技術(shù)，在垃圾滲濾液處理中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是一種具有處理效率高、無需添加化學(xué)藥劑、設(shè)備體積小、占地少、易于自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)的“環(huán)境友好技術(shù)”。在垃圾滲濾液中，電化學(xué)技術(shù)主要包括電絮凝法、電化學(xué)氧化、電解Fenton法和電化學(xué)技術(shù)與其他技術(shù)組成的耦合工藝。
電化學(xué)法是在外加電場(chǎng)的作用下，在固定的電化學(xué)反應(yīng)器中，通過一系列的化學(xué)反應(yīng)、物理過程或電化學(xué)過程，產(chǎn)生大量的臭氧、氯氣、次氯酸根、羥基自由基、原子氧等中間產(chǎn)物，通過利用這些中間產(chǎn)物的強(qiáng)氧化性氧化去除垃圾滲濾液中的污染物。電化學(xué)法可單獨(dú)處理，也可與其他處理工藝結(jié)合構(gòu)成耦合工藝處理垃圾滲濾液。
1、電絮凝
電絮凝即電凝聚，是指在外加直流電源作用下，利用廉價(jià)金屬的鐵、鋁等作為陽極，通過原位產(chǎn)生金屬離子、羥基配合物、金屬氧化物等活性物質(zhì)，通過氣浮、絮凝、吸附和氧化還原等多種過程協(xié)同作用，高效去除垃圾滲濾液中的濁度、氮、磷、有機(jī)物、細(xì)菌、重金屬離子等污染物，具有無需投加化學(xué)藥劑、效率高、用地省、污泥少且操作簡(jiǎn)單，便于管理等優(yōu)點(diǎn)。
劉佳泓等以不銹鋼為陰極，魚鱗鐵為陽極，在反應(yīng)時(shí)間75min，電流密度55mA/cm²，極板間距1.4cm的反應(yīng)條件下，COD的去除率可以達(dá)到59.2%，B/C由0.15提高到0.38，垃圾滲濾液的可生化性得到明顯的提高。
某生化處理后的垃圾滲濾液水質(zhì)原水水質(zhì)為COD1100～1270mg/L，色度280～300，UV2544.2～4.8cm-1，PO43-質(zhì)量濃度2.8～3.5mg/L（以P計(jì)），司桂芳等利用采用電絮凝法對(duì)該污水進(jìn)行進(jìn)一步的處理。在反應(yīng)條件為電流密度5.487A/m2，極板間距4mm，電解時(shí)間60min，COD、磷、UV24和色度的去除率分別可以達(dá)到61.2%，99.4%，37.0%，79.3%。為了進(jìn)一步提高電絮凝工藝的處理效果，在電絮凝過程中投加硫酸鉀，色度和UV254的去除率分別提高了9%和30%。
2、電氧化
電氧化是通過電解的方式在陽極產(chǎn)生大量活性極強(qiáng)的羥基自由基(.OH)，羥基自由基具有強(qiáng)氧化性，通過羥基自由基氧化分解難降解有機(jī)物的過程。電氧化主要通過兩種途徑去除垃圾滲濾液中的污染物，一是直接氧化反應(yīng)，即有機(jī)物在電極表面直接發(fā)生電子交換而被氧化；二是間接氧化反應(yīng)，是指污染物與電化學(xué)氧化過程中陽極產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性物質(zhì)(自由基、活性氯等)發(fā)生反應(yīng)。電氧化具有高效、不需要添加氧化劑、操作簡(jiǎn)單、能量利用率高、二次污染少等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于有毒有害且難生物降解的有機(jī)物具有良好的去除效果，被稱為“環(huán)境友好”技術(shù)。
魏平方研究了四種陽極材料、電流密度以及外加硫酸鹽、氯化物對(duì)于垃圾滲濾液的處理效率的影響。研究表明，DSA、石墨、SPR、PbO2/Ti四種電極，SPR對(duì)于垃圾滲濾液的處理效率最佳；此外，外加氯化物和提高電流密度可以有效的提高電氧化法對(duì)于垃圾滲濾液的處理效率。在最佳反應(yīng)條件下：電解時(shí)間240min，氯化物濃度為6000mg/L，電流密度12A/dm2，COD的去除率可以達(dá)到90%，電化學(xué)氧化中氨氮要優(yōu)先于COD被去除。
垃圾滲濾液中含有高濃度銅（Ⅱ)易與高濃度溶解性有機(jī)物發(fā)生絡(luò)合，形成的性質(zhì)非常穩(wěn)定、生物毒性和遷移擴(kuò)散能力更強(qiáng)的螯合金屬Cu-DOMs，現(xiàn)有的技術(shù)很難處理。朱琳設(shè)計(jì)了一體式電氧化破絡(luò)裝置，采用大孔為主的豐富孔洞結(jié)構(gòu)的亞氧鈦膜為陽極，在pH為6.63，電流密度20mA/cm2，反應(yīng)90min，無外加Cl-的條件下，Cu-DOMs的去除率最高達(dá)到47.4%。排阻色譜法以及水樣的樹脂分級(jí)結(jié)果表明，垃圾滲濾液中分子量>10kDa的有機(jī)物比例明顯降低且類腐殖酸等疏水有機(jī)物向半親水和親水性有機(jī)物轉(zhuǎn)變。
3、電Fenton
電Fenton技術(shù)是在傳統(tǒng)Fenton的體系中引入電化學(xué)反應(yīng)，利用電化學(xué)方法產(chǎn)生H2O2和Fe2+作為Fenton試劑的持續(xù)來源，并產(chǎn)生羥基自由基·OH的一種新型電化學(xué)高級(jí)氧化水處理技術(shù)。電-Fenton反應(yīng)過程中產(chǎn)生的Fe3+在陰極被持續(xù)還原為催化活性更強(qiáng)的Fe2+，通過限制析氫和析鐵過程提高H2O2的利用率。降低了化學(xué)試劑的消耗量，減少了化學(xué)污泥的產(chǎn)生量，提高整個(gè)反應(yīng)體系的氧化效率。電-Fenton法除了羥基自由基的氧化作用外，同時(shí)還伴有電吸附、陽極氧化等反應(yīng)，從而提高了對(duì)難降解物質(zhì)的去除率，具有簡(jiǎn)單、快速等優(yōu)點(diǎn)。
張道斌等采用電Fenton處理垃圾滲濾液，在電流強(qiáng)度為2A，極板間距為1.3~2.1cm，H2O2投加量為7mL，H2O2/Fe2+為10：1~9：1，pH3.0，反應(yīng)時(shí)間75min條件下，COD的去除率>80%，相對(duì)于普通Fenton法COD的去除率提高了45%以上。
楊威采用電Fenton法處理COD為8525mg/L的垃圾滲濾液，通過調(diào)節(jié)電壓、溫度、pH、Fe2+濃度等實(shí)驗(yàn)條件確定了最佳反應(yīng)條件。在電壓7V，溫度30C，pH值3.0，Fe2+投加量20mmol/L的條件下反應(yīng)1h，COD最高去除率為55.43。
張睿涵以石墨電極為陰極，Ti/RuO2-IrO2為陽極，在pH3.0、Fe2+投加量1mmol/L、電流密度25mA/cm2條件下，反應(yīng)60min時(shí)，垃圾滲濾液中COD去除率達(dá)到61。通過界面反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到以下結(jié)論：對(duì)陰極電Fenton去除垃圾滲濾液COD去除率的影響大小關(guān)系為：亞鐵投加量>初始pH>電流密度。
4、耦合工藝
垃圾滲濾液由于存在COD濃度高、難生物降解有機(jī)物濃度大、氨氮濃度高且毒性大、污水量大且水質(zhì)復(fù)雜的特點(diǎn)，任何單一的處理工藝很難達(dá)到令人滿意的處理效果。耦合工藝可以利用各種處理工藝的優(yōu)點(diǎn)，各工藝之間形成耦合或者協(xié)同，可以更好地去除垃圾滲濾液中的污染物。
肖書虎等采用電氧化、電氧化/電芬頓以及光電化學(xué)組合三種不同的工藝處理垃圾滲濾液。結(jié)果表明，在RuO2/Ti為陽極，活性炭纖維(ACF)為陰極、初始pH2.0~5.1、Fe2+投加量為1mmol/L、電流密度為15.2mA/cm2、反應(yīng)5h，垃圾滲濾液中TOC的去除率可以達(dá)到80%。光電化學(xué)工藝可以將垃圾滲濾液中難降解的富里酸/腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子易降解物質(zhì)或者礦化，可以將滲濾液B/C值提高到0.42。
楊立等采用自制新型生物膜反應(yīng)器+電絮凝耦合工藝處理垃圾滲濾液。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在溫度為(27±1)，溶解氧<5mg/L條件下，自制新型生物膜反應(yīng)器中垃圾滲濾液COD的去除率為78.4%～78.9%，氨氮的去除率為85.2%～85.4%+電絮凝耦合工藝對(duì)于垃圾滲濾液的處理效果；電絮凝工藝中，在電流為3A、電壓為20V、反應(yīng)時(shí)間15min反應(yīng)條件下，垃圾滲濾液中COD去除率為77.1％～77.7％，氨氨的去除率74.8％～76％。
吳天采用Fenton-電氧化工藝處理垃圾滲濾液。Fenton工藝反應(yīng)條件為n(H2O2）：n(FeSO4·7H20)=(5~6)：1，m(H2O2)：m(COD)=2：1，pH4.0，反應(yīng)90min，COD的去除率為65%~72.5%；電氧化反應(yīng)以鈦基釕銥鈦鐠氧化物涂層電極為陽極，不銹鋼為陰極，電流密度500A/m²，反應(yīng)8h，氨氮、COD、氯離子和色度的去除率分別可以達(dá)到99%，95%，51%和100%，對(duì)于垃圾滲濾液中的硝酸鹽、TDS和總硬度都有一定的去除效果。
微藻強(qiáng)化技術(shù)是微藻以垃圾滲濾液中的氮磷無機(jī)鹽和煙氣中的CO2為營(yíng)養(yǎng)源和碳源，利用太陽光作為能量來源，通過光合作用合成脂質(zhì)和其它高附加值產(chǎn)品，同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢水治理、CO2減排以及生物質(zhì)能源生產(chǎn)的多重功效。胡銳采用電化學(xué)氧化-微藻強(qiáng)化處理垃圾滲濾液。電化學(xué)氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著電流密度逐漸增大，垃圾滲濾液中游離氨濃度不斷降低，在電流密度為48.75mA/cm2條件下，游離氨濃度從53.0mgN/L降低到13.9mgN/L；電化學(xué)氧化對(duì)帶有發(fā)色基團(tuán)的有機(jī)物具有強(qiáng)氧化破壞作用，因而垃圾滲濾液的色度從1600Pt-Co快速降低至100Pt-Co。電化學(xué)氧化降低了垃圾滲濾液中高濃度毒性物質(zhì)對(duì)于微藻細(xì)胞的毒害作用，對(duì)于利用微藻進(jìn)行垃圾滲濾液的污染治理影響巨大。
黃利等采用混凝沉淀-厭氧-電解-好氧耦合工藝處理垃圾滲濾液�；炷恋砉ば蛑型都�1.2g/LPAC作為混劑，0.2mg/LPAM作為助凝劑，COD去除率為57%；電解工序中電流密度15mA/cm2，pH6.0，Cl-濃度為2200~2400mg/L，反應(yīng)2.5h，COD去除率超過80%；經(jīng)過耦合工藝處理，最終出水中Cu、Cd和Zn的去除率達(dá)到100%，Ni的去除率>90%，Cr的去除率>80%，總氮、氨氮和COD的去除率分別是73.6%，97.2%和94%。
5、電化學(xué)法處理垃圾滲濾液技術(shù)的發(fā)展前景
電化學(xué)法是一種簡(jiǎn)單、可行的垃圾滲濾液處理方法，通過氧化、絮凝、氣浮、吸附等原理大大降低了垃圾滲濾液的處理負(fù)荷，降低了垃圾滲濾液的毒性，提高了污水的可生化性，減輕后續(xù)處理工序的負(fù)擔(dān)，而電極材料、電流密度等是影響電化學(xué)法處理效率的主要因素。因此今后電化學(xué)法的研究可以向以下幾個(gè)方面展開。
(1）改進(jìn)電極材料，提高電極材料的壽命和穩(wěn)定性，提高電催化活性，開發(fā)出低成本、高效益的電極材料。
(2)開發(fā)新型的高效電化學(xué)反應(yīng)設(shè)備。
(3）研究電化學(xué)法與其他工藝耦合，進(jìn)一步降低工藝的運(yùn)行成本。
（來源：陜西化工研究院有限公司，陜西省工業(yè)水處理工程技術(shù)研究中心）
