導(dǎo)語：納米催化電解技術(shù)與污水處理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1納米催化電解技術(shù)原理

在工作陽極鈦（鈦基）表面涂上納米級的貴金屬［Pt（鉑）、Pd（鈀）、Os（鋨）、Ir（銦）、Ru（釕）、Rh（銠）等］氧化物，在通電情況下于溶液中產(chǎn)生化學(xué)活性很強的自由基。如：在有Cl-存在時，陽極則生成新生態(tài)的氯（Cl•）；在水中則會產(chǎn)生新生態(tài)的氧（O•）。這些新生態(tài)的自由基能迅速地與溶液中的有機物（如COD）、有色物質(zhì)、氨氮等起化學(xué)反應(yīng)從而達到降低其濃度的目的，對病毒、細菌和藻類的孢子也具有強大的殺傷力。除了產(chǎn)生自由基外還能產(chǎn)生顯著的協(xié)同效應(yīng)，如酸堿效應(yīng)、沉淀效應(yīng)、氣浮效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)和吸附效應(yīng)等，因此能大大提高水處理效果。

2納米催化電解技術(shù)主要影響因素

2.1電極

20世紀(jì)70年展起來的化學(xué)修飾電極，通過對電極表面進行修飾，將具有特定功能的分子、聚合物、納米材料等固定在電極表面，改變電極表面特性，使電極具有良好的電催化性能，并降低工作電位，促使有機物在發(fā)生電極析氧反應(yīng)前氧化降解，并獲得良好的電極反應(yīng)速率和更高效的電流輸出，減少副反應(yīng)發(fā)生和降低運行能耗。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的納米級催化劑涂層技術(shù)，是現(xiàn)階段比較有效的電極材料工藝。其擁有更低的工作電位和更高效的電流輸出，可減少副反應(yīng)發(fā)生和降低運行能耗。

2.2電解質(zhì)

電解質(zhì)濃度增大，溶液導(dǎo)電能力增強，槽電壓降低，電壓效率提高；但濃度高到一定程度后，電壓效率的提高趨于平緩，增加藥劑成本，并會增大后續(xù)深度處理的難度。此外，部分電解質(zhì)如Na2SO4等惰性電解質(zhì)，電解過程中不參與反應(yīng)，只起導(dǎo)電作用，電解效率的高低僅與其濃度有關(guān)；而類似NaCl等電解質(zhì)，在電解過程中不僅起導(dǎo)電作用，更參與電極反應(yīng)，氯離子在陽極氧化，進而轉(zhuǎn)變成次氯酸。次氯酸是強氧化劑，不但可直接氧化有機物，而且還能阻止有機物（或中間產(chǎn)物）在電極表面吸附，從而避免降低電極活性。

2.3反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在多采用三維電極結(jié)構(gòu)來代替二維電極結(jié)構(gòu)，以增加單元電解槽體積的電極面積，且由于每對陽極和陰極距離很小，傳質(zhì)非常容易，因此大大提高了電解效率和處理量。三維電極所用的填充材料主要有金屬粒子、鍍上金屬的玻璃球或塑料球、金屬氧化物、石墨和活性炭等。此外，溶液pH值、電解時間、電流密度、溶液的傳質(zhì)因素、待去除的有機污染物特性等其它條件也對電解效率有較大影響。因此，深入研究有機污染物在電極上的反應(yīng)歷程，開發(fā)高效電極材料，確定最佳降解條件，對提高電解效率和降低處理費用是非常必要的。

3納米催化電解技術(shù)在廈門市政污水處理中的應(yīng)用

根據(jù)NCE的特點，其應(yīng)用主要有如下幾方面：

1）將尾水處理達到或接近飲用水標(biāo)準(zhǔn)，直接回用到日常生活中，即實現(xiàn)水資源循環(huán)利用。該方式適用于水資源極度缺乏的地區(qū)，但投資高，工藝復(fù)雜。

2）將尾水處理到非飲用水標(biāo)準(zhǔn)，不與人體直接接觸，如便器沖洗、地面和汽車清洗、綠化澆灑和消防用水等。該方式適用性好，易推廣。

3）將達到外排標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)污水進行再處理后循環(huán)利用，一般需增加膜處理裝置等使其達到軟化水水平。

4）應(yīng)用于污水處理廠剩余污泥的前處理，從源頭減少污泥產(chǎn)量。目前，NCE在廈門市政污水處理中應(yīng)用的典型案例有污水處理廠中水回用、尾水消毒和污泥減量處理等。

3.1中水回用作為道路沖洗水

1）現(xiàn)場場地較為狹??；

2）設(shè)施要求安全性高，運行維護簡單，可自動化運行；

3）確保尾水經(jīng)處理后含有一定余氯；

4）污染物濃度、色度進一步降低。對常見的尾水消毒工藝（紫外、加氯、二氧化氯、臭氧和電解消毒等）進行比選，結(jié)合尾水水質(zhì)和處理后出水水質(zhì)要求，確定采用納米催化電解+砂、碳過濾的處理工藝，設(shè)計并建設(shè)處理水量為300t/d的中水回用工程。其中，納米催化電解機外形尺寸H1485mm×W820mm×D530mm，采用三相交流380V供電，額定輸出直流電壓0~50V，額定輸出電流0~1000A，實際有效占地約10m2。電解機每個電解槽的電解容積約7.2L，電解停留時間一般控制在4s左右（根據(jù)實際進水量可進行調(diào)整），極板間距根據(jù)來水雜質(zhì)顆粒大小一般選擇間距為4mm，極板交叉分布。

3.2小型污水處理站尾水消毒

因廈門市本島機場北側(cè)工業(yè)區(qū)部分企業(yè)排放污水問題，擬在機場北側(cè)車輛拆檢定損中心北側(cè)建設(shè)臨時污水處理站，主要處理附近約1km2范圍內(nèi)產(chǎn)生的約30t/d污水。污水處理主體工藝采用一體式氧化溝，將傳統(tǒng)污水處理技術(shù)中的格柵、厭氧池、好氧池和沉淀池集成一體，大幅度減少用地面積；同時采用高效射流曝氣機，實現(xiàn)曝氣和推流；由于系統(tǒng)無內(nèi)、外回流，無復(fù)雜自動化控制系統(tǒng)，對運行人員要求低。在消毒工藝的選擇上，考慮到污水處理站無人值守或僅設(shè)置設(shè)備看守人員的現(xiàn)狀，確定采用運行管理簡單的納米催化電解消毒工藝，在提供消毒功能的同時，可適當(dāng)降低出水色度和濁度，也方便銜接后續(xù)中水回用工程。該處理站設(shè)計規(guī)模為100t/d，占地約120m2，總投資約60萬元。污水處理工藝為一體式氧化溝+轉(zhuǎn)盤過濾+納米催化電解+超濾膜過濾，污水經(jīng)沉砂、隔油后提升進入籃式格柵，除去大于15mm固體垃圾后，進入一體式氧化溝，經(jīng)歷生物降解、過濾、電解消毒等處理過程，出水滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級B排放標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)去向選擇外排或超濾后作為中水回用。該項目中利用NCE去除污水色度、產(chǎn)生微氣泡去除濁度和產(chǎn)生強氧化性自由基實現(xiàn)消毒功能，相比常規(guī)加氯和紫外消毒工藝，無需補充化學(xué)藥劑，設(shè)備簡單易操作，運行穩(wěn)定。2012年11月項目運行以來，出水水質(zhì)指標(biāo)中的糞大腸菌群值穩(wěn)定低于10000個/L。該項目運行能耗約1.10kWh/t，其中電解機能耗約0.09kWh/t，因本項目處理水量較小，電解機采用單電解槽，且在電壓、電流控制上進一步優(yōu)化，能耗較低。電解機實際輸出直流電壓約3V，輸出電流約150A。

3.3污水處理廠污泥處理減量

廈門前埔污水處理廠采用自主研發(fā)深度脫水工藝處理污泥，產(chǎn)生泥餅含水率<60%，泥質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質(zhì)》（GB/T23485-2009）標(biāo)準(zhǔn)，萬噸污水產(chǎn)泥量從傳統(tǒng)方法9.5t降至5.4t。為進一步降低污泥產(chǎn)量，擬利用納米催化電解技術(shù)處理剩余污泥，減少進入后續(xù)工藝的污泥絕干量，從源頭減少污泥產(chǎn)量。主要工藝流程與深度脫水工藝流程相似，區(qū)別在于剩余污泥先經(jīng)納米催化電解處理，利用電解產(chǎn)生的自由基和其他氧化性物質(zhì)破壞污泥細胞結(jié)構(gòu)，使污泥細胞內(nèi)物質(zhì)和結(jié)合水溶出并釋放到溶液中，經(jīng)提升進入重力濃縮池，隨上清液溢流進入生化池補充碳源，從而減少進入化學(xué)調(diào)質(zhì)池的絕干污泥量。經(jīng)測算，污泥電解后，絕干污泥量減少16%；濃縮池上清液性質(zhì)發(fā)生顯著變化，但對污水處理工藝基本不產(chǎn)生影響，出水水質(zhì)保持穩(wěn)定。該項目電解質(zhì)投加量相當(dāng)于0.107kg/萬t污水，約64元/萬t污水，該指標(biāo)可進一步降低，并通過余氯濃度指示。

4結(jié)語

納米催化電解產(chǎn)生的氯、氧等自由基可使尾水脫色，有效殺滅水中病原菌，電絮凝效應(yīng)可凈化出水水質(zhì)，產(chǎn)生的氣泡可帶走部分固體懸浮物，對后續(xù)可能增加的深度處理過濾組件也可起到有效保護作用。在廈門污水處理廠中水回用、尾水消毒和污泥減量處理中的應(yīng)用結(jié)果表明，該技術(shù)具有經(jīng)濟實用、快速便捷、運行穩(wěn)定和處理高效的優(yōu)點，適合于城市發(fā)展對污水處理和節(jié)水技術(shù)的需求。雖然該技術(shù)的運行能耗較高，但相信隨著化學(xué)修飾電極技術(shù)的進步和對反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，相應(yīng)能耗會進一步降低，從而可以降低污水處理廠運行成本，為水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供良好的技術(shù)支撐。

作者:黃珍藝單位:廈門水務(wù)中環(huán)污水處理有限公司