兴化一体化地埋式污水处理装置工程设计

兴化一体化地埋式污水处理装置工程设计

含汞工业废水是对环境污染最严重和危害最严重的废水之一。含汞离子废水的常规处置包括物理法、化学法和微生物法。其中，物理和化学法包括化学沉淀法、电解法、离子交换法、活性炭吸附法、金属还原法;微生物法包括生物吸附法、生物强化法。

在制备疫苗时，往往需要在制备液中添加少量硫柳汞来防止疫苗的污染，同时也需要添加大量的硫铵来使疫苗析出富集，这样就产生大量含汞离子的硫铵废水。最近，由于的持续流行，给疫苗生产企业带来极大的生产负担，同时也产生大量的含汞离子的硫铵废水，此类废水的处置对疫苗生产企业持续稳定生产有可能造成影响。

疫苗生产过程中产生的硫铵废水是一种高盐废水，其盐质量分

实验时，采用玻璃烧杯盛装硫铵废水，使用磁力搅拌器开始搅拌，并在烧杯中依次加入各类实验药剂。

实验1:在烧杯中，加入硫铵废水100mL，开启磁力搅拌器，加入石灰20g;搅拌均匀后，依次加入硫化钠2g，聚合硫酸铁2g，聚合氯化铝2g，每次加入间隔2min。加入完成后，持续搅拌10min。静止30min后过滤，检测其各项指标变化情况。

实验2:在烧杯中，加入硫铵废水100mL，开启磁力搅拌器，加入硫化钠1.5g;搅拌溶解后，依次加入2g，重金属捕捉剂4mL，聚丙烯酰胺1滴，每次加入间隔2min。加入完成后，持续搅拌10min。静止30min后过滤，检测其各项指标变化情况。

实验3:在烧杯中，加入硫铵废水200mL，开启磁力搅拌器，加入硫化钠3g;搅拌溶解后，依次加入4g，重金属捕捉剂6mL，聚丙烯酰胺2滴，每次加入间隔2min。加入完成后，持续搅拌10min。静止30min后过滤，检测其各项指标变化情况。

实验4:在烧杯中，加入硫铵废水100mL，开启磁力搅拌器，加入石灰水100mL(10%);搅拌均匀后，依次加入硫化钠1.5g2g，聚丙烯酰胺1滴，每次加入间隔2min。加入完成后，持续搅拌10min。静止30min后过滤，检测其各项指标变化情况。

实验5:在烧杯中，加入硫铵废水100mL，开启磁力搅拌器，加入水100mL;搅拌均匀后，依次加入硫化钠1.5gg，聚丙烯酰胺1滴，每次加入间隔2min。加入完成后，持续搅拌10min。静止30min后过滤，检测其各项指标变化情况。

实验6:在烧杯中，加入硫铵废水200mL，开启磁力搅拌器，加入硫化钠4g;搅拌均匀后，依次加入4g，重金属捕捉剂1mL，聚丙烯酰胺1滴，每次加入间隔2min。加入完成后，持续搅拌10min。静止30min后过滤，检测其各项指标变化情况。

由表1可知：Ti/SnO2.Sb2O3涂层电极材料具有更高的析氧电位，那么其在降解有机物过程中必然具有更高的催化及去除效率。有关研究表明Pt、IrO2、RuO2等阳极涂层材料对有机物的氧化倾向于电化学转化，即以各类脂肪酸或其他小分子有机物为最终产物，电流效率较低；而以SnO2、PbO2为阳极材料，其表面金属氧化物表面吸附着大量的羟基自由基，可把有机物氧化为二氧化碳和水等无机物，电流效率更高。

SnO2、SbO2金属氧化物涂层钛电极析氧电位高，阳极表面产生羟基自由基对有机物氧化性故更适合于高盐有机废水的处理。近年来，为兼顾涂层钛电极的催化活性和电极寿命，又开发出了Ti/IrO2·Ta2O5/SnO2和Ti/IrO2·Ta2O5/SbO2多维涂层电极，该类型电极析氧电位高达1.77V，催化活性高，且涂层性能稳定、寿命长，有机物去除率高，可作为优选的高盐废水处理涂层钛电极重点研究。

4、涂层钛电极在高盐有机废水处理中的应用

梁镇海等利用热分解法制备的Ti/SnO2电极处理高含盐含酚废水，化率达95.5%，电流效率达73.5%。

胡锋平等采用热氧化法制备了Ti/PbO2修饰电极，然后用掺杂Fe、Ni的改性电极和未掺杂电极处理酸性品红溶液，试验结果表明三种电极对酸性品红的去除率均在90％以上，其中镍修饰电极对酸性品红的去除率高达93%。

Correa-Lozano在钛基底和SnO2-Sb2O5之间引入一层IrO2，有助于使TiO2与SnO2成为同晶型结构而减弱TiO2对电极造成的钝化效应，可有效提高电极寿命。该改性电极对高盐氯酚废水进行电催化降解试验，结果表明当SnO2-Sb2O5催化活性层和IrO2中间层的质量比为26时，去除，TOC的去除率可达95%。

5、涂层钛电极在高盐有机废水处理中的使用注意事项

氟离子具有很强的渗透性和腐蚀性，可腐蚀钛基材表面氧化膜和其他金属涂层氧化膜，造成钛电极表面涂层脱落，大大降低电极寿命。在涂层钛电极使用前应对废水中氟离子的浓度进行测定，如果废水中氟离子浓度大于10mg/L，不应选用基于涂层钛电极的电催化氧化工艺进行处理。

电极的电流密度与废水中的有机物去除率成正比，电流密度越大，有机物去除率越高，但过大的电流密度会导致电极发热严重，涂层易脱落，会显著降低电极寿命，在对高盐有机废水处理中，建议电流密度保持在500～1500A/m2。

脉冲电源的不同波形脉冲电压可显著降低涂层钛电极的消耗，选择合适的占空比，可提高电极寿命和避免电极钝化。

网状电极比板状电极比表面积更大，重量更轻，可明显降低电极成本，同时其不规则的电流传导路径分布也可明显减少电极钝化可能性。

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6、结语

基于涂层钛电极应用的电催化工艺具有操作简单、工艺流程短、适应性强、反应迅速、处理效果好、无二次污染的优点，对于高盐废水的处理具有显著的优势，应用前景广阔。但也存在着电极易钝化、涂层材料价格昂贵、寿命短、电流效率低等问题。为保证涂层钛电极应用于高盐废水的的工业化，应从以下方面加强研究：

实验7:在烧杯中，加入硫铵废水100mL，开启磁力搅拌器，加入水100mL;搅拌均匀后，依次加入硫化钠1.52g，聚丙烯酰胺1滴，每次加入间隔2min。加入完成后，持续搅拌10min。静止30min后过滤，检测其各项指标变化情况。

实验8:在烧杯中，加入硫铵废水100mL，开启磁力搅拌器，加入尾气处理废液100mL;搅拌均匀后，依次加入硫化钠3g，4g，聚丙烯酰胺1滴，每次加入间隔2min。加入完成后，持续搅拌10min。静止30min后过滤，检测其各项指标变化情况。

基于涂层钛电极的电催化工艺在处理高盐废水时，在电极上进行直接电解和间接电解。直接电解是指废水中有机物直接在涂层钛电极表面进行氧化或还原反应，从而降低废水中有机物的浓度的过程。直接电解又可分为阴极直接电解和阳极直接电解，阳极直接电解指有机物污染物在涂层钛阳极表面得到电子而直接被氧化为易生化小分子有机物或直接转化为二氧化碳和水；阴极直接电解是指有机物在阴极表面失去电子而被还原降解的过程，可应用于有机卤化物脱卤和重金属离子的还原回收工艺中。电极的间接电解是指利用涂层钛电极产生的氧化或还原物质作为氧化剂、还原剂或催化剂，将高盐废水中的有机物转化为小分子、易生化、低毒性、易处理的有机物。高盐废水中有机物的去除主要发生在阳极的直接氧化和间接氧化过程中。

当高盐废水中有机物浓度(COD，NH3-N等)较高时，主要进行直接阳极氧化，而间接阳极氧化仅在低浓度时进行。阳极直接氧化是水分子通过电流反应，在阳极表面上放电产生羟基自由基，羟基自由基氧化电位为2.8V，是自然界中氧化性仅次于氟的强氧化剂，可以无选择的氧化废水中有机物，那么阳极附近的有机物将被羟基自由基直接氧化去除；间接氧化是在电氧化过程中通过电流作用，使水中氯化物还原，产生强氧化剂，如ClO-、高价金属离子等，这些氧化剂也具有很强的有机物氧化去除能力，可以将高盐废水中有机物氧化。

高盐有机废水含有大量的盐类，从而电导率较高，电催化系统电流利用效率高，并且涂层钛电有强烈亲水性，当它和高盐废水接触时会发生“表面羟基化"反应，其表面被一层氧化性的羟基自由基所包裹，从将吸附在阳极表面的有机物氧化去除。同时高盐废水中含有大量的氯根，间接氧化也产生大量的氯酸根、次氯酸根，这些强氧化物质将有效降低高盐废水中的COD和氨氮的浓度。

3、处理高盐废水用涂层钛电极的选择

在基于涂层钛电极的电催化氧化工艺处理高浓度有机废水的过程中，电极不仅是电流传导载体，又是有机物去除反应的催化剂，电极涂层材料的选择直接影响电极的电流传导效率和催化性能。电催化氧化过程主要竞争副反应是阳极表面氧气或氯气析出，阳极涂层析氧电位与电极催化活性正相关，析氧电位越高的电涂层，催化活性越高，那么对有机物的去除效率也就越高，因此选择阳极的必要条件是涂层材料必须要有较高的析氧电位。

数最高时能达到8%左右，同时含有较高浓度的汞离子，常规的处理方法很难降低废水中汞离子的浓度。由于硫铵废水含有大量的可溶性盐，采用微生物法时，微生物很难在此环境下生存，因此微生物处理法不适用于此类废水的处置。大量的NH4+可使汞离子形成氨配合物，使得已形成沉淀的汞离子化合物又溶解于硫铵废水中。采用物理吸附法时，硫铵废水中的盐分物质能够轻松添附于吸附材料的微孔结构内，对废水中汞离子去除不利。

本文以某生物制药企业产生的硫铵废水为实验样本，研究不同实验药剂添加量对废水中汞离子去除效果，并探讨汞离子的去除机理及废水处理过程的可实施性。