纳米催化电解技术与污水处理论文.doc 4页

'纳米催化电解技术与污水处理论文1纳米催化电解技术原理在工作阳极钛（钛基）表面涂上纳米级的贵金属［Pt（铂）、Pd（钯）、Os（锇）、Ir（铟）、Ru（钌）、Rh（铑）等］氧化物，在通电情况下于溶液中产生化学活性很强的自由基。如：在有Cl-存在时，阳极则生成新生态的氯（Cl•）；在水中则会产生新生态的氧（O•）。这些新生态的自由基能迅速地与溶液中的有机物（如COD）、有色物质、氨氮等起化学反应从而达到降低其浓度的目的，对病毒、细菌和藻类的孢子也具有强大的杀伤力。除了产生自由基外还能产生显著的协同效应，如酸碱效应、沉淀效应、气浮效应、诱导效应和吸附效应等，因此能大大提高水处理效果。2纳米催化电解技术主要影响因素2.1电极20世纪70年代发展起来的化学修饰电极，通过对电极表面进行修饰，将具有特定功能的分子、聚合物、纳米材料等固定在电极表面，改变电极表面特性，使电极具有良好的电催化性能，并降低工作电位，促使有机物在发生电极析氧反应前氧化降解，并获得良好的电极反应速率和更高效的电流输出，减少副反应发生和降低运行能耗。在此基础上发展起来的纳米级催化剂涂层技术，是现阶段比较有效的电极材料工艺。其拥有更低的工作电位和更高效的电流输出，可减少副反应发生和降低运行能耗。2.2电解质电解质浓度增大，溶液导电能力增强，槽电压降低，电压效率提高；但浓度高到一定程度后，电压效率的提高趋于平缓，增加药剂成本，并会增大后续深度处理的难度。此外，部分电解质如Na2SO4等惰性电解质，电解过程中不参与反应，只起导电作用，电解效率的高低仅与其浓度有关；而类似NaCl等电解质，在电解过程中不仅起导电作用，更参与电极反应，氯离子在阳极氧化，进而转变成次氯酸。次氯酸是强氧化剂，不但可直接氧化有机物，而且还能阻止有机物（或中间产物）在电极表面吸附，从而避免降低电极活性。4学海无涯 2.3反应器结构现在多采用三维电极结构来代替二维电极结构，以增加单元电解槽体积的电极面积，且由于每对阳极和阴极距离很小，传质非常容易，因此大大提高了电解效率和处理量。三维电极所用的填充材料主要有金属粒子、镀上金属的玻璃球或塑料球、金属氧化物、石墨和活性炭等。此外，溶液pH值、电解时间、电流密度、溶液的传质因素、待去除的有机污染物特性等其它条件也对电解效率有较大影响。因此，深入研究有机污染物在电极上的反应历程，开发高效电极材料，确定最佳降解条件，对提高电解效率和降低处理费用是非常必要的。3纳米催化电解技术在厦门市政污水处理中的应用根据NCE的特点，其应用主要有如下几方面：1）将尾水处理达到或接近饮用水标准，直接回用到日常生活中，即实现水资源循环利用。该方式适用于水资源极度缺乏的地区，但投资高，工艺复杂。2）将尾水处理到非饮用水标准，不与人体直接接触，如便器冲洗、地面和汽车清洗、绿化浇洒和消防用水等。该方式适用性好，易推广。3）将达到外排标准的工业污水进行再处理后循环利用，一般需增加膜处理装置等使其达到软化水水平。4）应用于污水处理厂剩余污泥的前处理，从源头减少污泥产量。目前，NCE在厦门市政污水处理中应用的典型案例有污水处理厂中水回用、尾水消毒和污泥减量处理等。3.1中水回用作为道路冲洗水1）现场场地较为狭小；2）设施要求安全性高，运行维护简单，可自动化运行；3）确保尾水经处理后含有一定余氯；4学海无涯 4）污染物浓度、色度进一步降低。对常见的尾水消毒工艺（紫外、加氯、二氧化氯、臭氧和电解消毒等）进行比选，结合尾水水质和处理后出水水质要求，确定采用纳米催化电解+砂、碳过滤的处理工艺，设计并建设处理水量为300t/d的中水回用工程。其中，纳米催化电解机外形尺寸H1485mm×W820mm×D530mm，采用三相交流380V供电，额定输出直流电压0~50V，额定输出电流0~1000A，实际有效占地约10m2。电解机每个电解槽的电解容积约7.2L，电解停留时间一般控制在4s左右（根据实际进水量可进行调整），极板间距根据来水杂质颗粒大小一般选择间距为4mm，极板交叉分布。3.2小型污水处理站尾水消毒因厦门市本岛机场北侧工业区部分企业排放污水问题，拟在机场北侧车辆拆检定损中心北侧建设临时污水处理站，主要处理附近约1km2范围内产生的约30t/d污水。污水处理主体工艺采用一体式氧化沟，将传统污水处理技术中的格栅、厌氧池、好氧池和沉淀池集成一体，大幅度减少用地面积；同时采用高效射流曝气机，实现曝气和推流；由于系统无内、外回流，无复杂自动化控制系统，对运行人员要求低。在消毒工艺的选择上，考虑到污水处理站无人值守或仅设置设备看守人员的现状，确定采用运行管理简单的纳米催化电解消毒工艺，在提供消毒功能的同时，可适当降低出水色度和浊度，也方便衔接后续中水回用工程。该处理站设计规模为100t/d，占地约120m2，总投资约60万元。污水处理工艺为一体式氧化沟+转盘过滤+纳米催化电解+超滤膜过滤，污水经沉砂、隔油后提升进入篮式格栅，除去大于15mm固体垃圾后，进入一体式氧化沟，经历生物降解、过滤、电解消毒等处理过程，出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B排放标准，再根据去向选择外排或超滤后作为中水回用。该项目中利用NCE去除污水色度、产生微气泡去除浊度和产生强氧化性自由基实现消毒功能，相比常规加氯和紫外消毒工艺，无需补充化学药剂，设备简单易操作，运行稳定。2012年11月项目运行以来，出水水质指标中的粪大肠菌群值稳定低于10000个/L。该项目运行能耗约1.10kWh/t，其中电解机能耗约0.09kWh/t，因本项目处理水量较小，电解机采用单电解槽，且在电压、电流控制上进一步优化，能耗较低。电解机实际输出直流电压约3V，输出电流约150A。3.3污水处理厂污泥处理减量厦门前埔污水处理厂采用自主研发深度脱水工艺处理污泥，产生泥饼含水率4结语4学海无涯 纳米催化电解产生的氯、氧等自由基可使尾水脱色，有效杀灭水中病原菌，电絮凝效应可净化出水水质，产生的气泡可带走部分固体悬浮物，对后续可能增加的深度处理过滤组件也可起到有效保护作用。在厦门污水处理厂中水回用、尾水消毒和污泥减量处理中的应用结果表明，该技术具有经济实用、快速便捷、运行稳定和处理高效的优点，适合于城市发展对污水处理和节水技术的需求。虽然该技术的运行能耗较高，但相信随着化学修饰电极技术的进步和对反应器结构的不断优化，相应能耗会进一步降低，从而可以降低污水处理厂运行成本，为水资源可持续开发利用提供良好的技术支撑。4学海无涯'