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Les eaux usées organiques à haute salinité font référence aux eaux usées organiques dont la teneur en TDS est supérieure ou égale à 3,5 % (teneur en sel d'au moins 1 %). Il provient principalement de la collecte et de la production de produits industriels. Il présente les caractéristiques d'une teneur élevée en sel, d'une composition complexe, d'une biodégradation difficile, d'une toxicité et d'un danger. Le rejet direct entraînera le compactage du sol, la pollution de l'eau et, à terme, affectera la sécurité environnementale. À l’heure actuelle, la principale méthode d’élimination des matières organiques lors du traitement des eaux usées est le traitement biologique. Cette méthode a une efficacité d'élimination élevée et un faible coût de traitement, mais la méthode biologique ne convient que pour traiter les eaux usées organiques biodégradables à faible salinité, mais elle est impuissante pour les eaux usées organiques à haute salinité difficiles à dégrader. Avec le développement de la technologie catalytique électrochimique basée sur des anodes en titane revêtues, il a été prouvé que la plupart des composés organiques subissent des réactions redox, des réactions d'addition ou des réactions de décomposition à la surface de l'électrode, ce qui fournit une base théorique à la méthode d'oxydation électrocatalytique pour dégrader les polluants organiques à haute température. -salinité des eaux usées. L'électricité est la source d'énergie du processus d'oxydation électrocatalytique. Avec le développement rapide de l'industrie électrique, la pénurie d'électricité a été efficacement résolue et l'application à grande échelle du processus d'oxydation électrocatalytique présente de bonnes conditions. Des études pertinentes ont montré que les radicaux hydroxyles et les oxydes métalliques de haute valence produits par l'anode d'oxydation électrocatalytique peuvent oxyder de manière non sélective la matière organique dans les eaux usées et ont une capacité d'oxydation extrêmement forte, ce qui permet de traiter efficacement les eaux usées organiques à haute teneur en sel.
1. À l'heure actuelle, le revêtement d'électrode DSA couramment utilisé dans le traitement des eaux usées est généralement composé d'un ou plusieurs oxydes métalliques de ruthénium, d'iridium, de tantale, de plomb, d'étain et de platine.
2. Le principe du traitement biologique riche en seleaux usées avec électrodes en titane revêtues
Lors du traitement des eaux usées à haute teneur en sel, le processus électrocatalytique basé sur des électrodes enrobées de titane effectue une électrolyse directe et une électrolyse indirecte sur l'électrode. L'électrolyse directe fait référence au processus dans lequel la matière organique présente dans les eaux usées est directement oxydée ou réduite à la surface de l'électrode en titane revêtue, réduisant ainsi la concentration de matière organique dans les eaux usées. L'électrolyse directe peut être divisée en électrolyse directe cathodique et électrolyse directe anodique. L'électrolyse directe de l'anode fait référence au processus dans lequel les polluants organiques obtiennent des électrons à la surface de l'anode en titane revêtue et sont directement oxydés en matière organique biodégradable à petites molécules ou directement convertis en dioxyde de carbone et en eau ; L'électrolyse directe cathodique fait référence au processus dans lequel la matière organique perd des électrons à la surface de la cathode et est réduite et dégradée, qui peut être appliquée à la déshalogénation des halogénures organiques et à la réduction et à la récupération des ions de métaux lourds. L'électrolyse indirecte des électrodes fait référence à l'utilisation de substances oxydantes ou réductrices produites par des électrodes en titane enrobées comme oxydants, agents réducteurs ou catalyseurs pour convertir la matière organique des eaux usées à haute salinité en petites molécules, faciles à biodégrader, peu toxiques et faciles à traiter organiquement. matière. L’élimination de la matière organique dans les eaux usées à haute salinité se produit principalement dans les processus d’oxydation directe et indirecte au niveau de l’anode.
Lorsque la concentration en matière organique dans les eaux usées à forte salinité (DCO, NH3-N, etc.) est élevée, l'oxydation anodique directe est principalement réalisée, tandis que l'oxydation anodique indirecte n'est réalisée qu'à de faibles concentrations. L'oxydation anodique directe est la décharge de molécules d'eau sur la surface de l'anode par la réaction actuelle pour produire des radicaux hydroxyles. Le potentiel d'oxydation des radicaux hydroxyles est de 2,8V. C’est un oxydant puissant qui vient juste derrière le fluor en termes d’oxydation. Il peut oxyder la matière organique des eaux usées sans sélection. Ensuite la matière organique proche de l'anode sera directement oxydée et éliminée par les radicaux hydroxyles ; l'oxydation indirecte est la réduction du chlorure dans l'eau par l'action du courant pendant le processus d'électro-oxydation pour produire des oxydants puissants, tels que ClO-, des ions métalliques de haute valence, etc. Ces oxydants ont également une forte capacité à oxyder et à éliminer les matières organiques. matière et peut oxyder la matière organique dans les eaux usées à haute salinité.
Les eaux usées organiques à haute teneur en sel contiennent une grande quantité de sels, de sorte que la conductivité est élevée, l'efficacité d'utilisation actuelle du système électrocatalytique est élevée et l'électrode en titane revêtue a une forte hydrophilie. Lorsqu'il entre en contact avec des eaux usées riches en sel, une réaction « d'hydroxylation de surface » se produit et sa surface est enveloppée d'une couche de radicaux hydroxyles hautement oxydants, qui oxydent et éliminent la matière organique adsorbée sur la surface de l'anode. Dans le même temps, les eaux usées riches en sel contiennent une grande quantité de chlorure et l'oxydation indirecte produit également une grande quantité de chlorate et d'hypochlorite. Ces substances oxydantes fortes réduiront efficacement la concentration de DCO et d’azote ammoniacal dans les eaux usées à haute teneur en sel.
3. Sélection d'électrodes en titane enrobées pour le traitement des eaux usées à haute teneur en sel
Dans le processus de traitement des eaux usées organiques à haute concentration par procédé d'oxydation électrocatalytique basé sur des électrodes en titane revêtues, l'électrode est non seulement un support de conduction de courant, mais également un catalyseur pour la réaction d'élimination des matières organiques. La sélection des matériaux de revêtement d'électrode affecte directement l'efficacité de conduction du courant et les performances catalytiques de l'électrode. La principale réaction secondaire compétitive dans le processus d’oxydation électrocatalytique est la précipitation d’oxygène ou de chlore sur la surface de l’anode. Le potentiel de dégagement d'oxygène du revêtement anodique est positivement corrélé à l'activité catalytique de l'électrode. Plus le potentiel de dégagement d'oxygène du revêtement électrolytique est élevé, plus l'activité catalytique est élevée et plus l'efficacité d'élimination des matières organiques est élevée. Par conséquent, la condition nécessaire pour sélectionner l'anode est que le matériau de revêtement doit avoir un potentiel de dégagement d'oxygène élevé.
À l'heure actuelle, les matériaux d'anode d'électrode en titane enrobés couramment utilisés pour les eaux usées organiques à haute teneur en sel sont Ti/SnO2.Sb2O3, Ti/PdO, Ti/RuO2.TiO2, Ti/RuO2.Ir2O3.
Le matériau d'électrode revêtu de Ti/SnO2.Sb2O3 a un potentiel de dégagement d'oxygène plus élevé, il doit donc avoir une efficacité catalytique et d'élimination plus élevée dans le processus de dégradation de la matière organique. Des études pertinentes ont montré que l'oxydation de la matière organique par des matériaux de revêtement d'anode tels que Pt, IrO2 et RuO2 a tendance à être convertie électrochimiquement, c'est-à-dire que divers acides gras ou autres matières organiques de petite taille sont les produits finaux, et l'efficacité actuelle est faible; tandis que SnO2 et PbO2 sont utilisés comme matériaux d'anode et qu'un grand nombre de radicaux hydroxyles sont adsorbés à la surface de l'oxyde métallique, ce qui peut oxyder complètement la matière organique en matière inorganique telle que le dioxyde de carbone et l'eau, et l'efficacité actuelle est plus élevée.
Les électrodes en titane revêtues d'oxyde métallique SnO2 et SbO2 ont un potentiel de dégagement d'oxygène élevé et les radicaux hydroxyles générés à la surface de l'anode sont extrêmement oxydants pour la matière organique, elles sont donc plus adaptées au traitement des eaux usées organiques à haute teneur en sel. Ces dernières années, afin de prendre en compte l'activité catalytique et la durée de vie de l'électrode en titane enrobée, des électrodes enrobées multidimensionnelles Ti/IrO2·Ta2O5/SnO2 et Ti/IrO2·Ta2O5/SbO2 ont été développées. Ce type d'électrode a un potentiel de dégagement d'oxygène allant jusqu'à 1,77 V, une activité catalytique élevée, des performances de revêtement stables, une longue durée de vie et un taux d'élimination élevé des matières organiques. Elle peut être utilisée comme électrode en titane enduite de traitement des eaux usées à haute teneur en sel pour la recherche clé.
4. Application d'électrodes de titane enrobées dans le traitement des eaux usées organiques à haute teneur en sel
Liang Zhenhai et coll. utilisé des électrodes Ti/SnO2 préparées par décomposition thermique pour traiter les eaux usées riches en sel et contenant du phénol, avec un taux de conversion du phénol de 95,5 % et un rendement actuel de 73,5 %.
Des électrodes modifiées Ti/PbO2 ont été préparées par oxydation thermique, puis des électrodes modifiées dopées au Fe et au Ni et des électrodes non dopées ont été utilisées pour traiter les solutions acides de fuchsine. Les résultats expérimentaux ont montré que les taux d'élimination de la fuchsine acide par les trois électrodes étaient tous supérieurs à 90 % et que le taux d'élimination de la fuchsine acide par l'électrode modifiée au nickel atteignait 93 %.
L'introduction d'une couche d'IrO2 entre le substrat en titane et SnO2-Sb2O5 contribue à rendre TiO2 et SnO2 isomorphes et à affaiblir l'effet de passivation du TiO2 sur l'électrode, ce qui peut améliorer efficacement la durée de vie de l'électrode. L'électrode modifiée a été utilisée pour effectuer un test de dégradation électrocatalytique sur des eaux usées à haute teneur en sel de chlorophénol. Les résultats ont montré que lorsque le rapport massique de la couche active catalytique SnO2-Sb2O5 et de la couche intermédiaire IrO2 était de 26, l'effet d'élimination était le meilleur et le taux d'élimination du COT pouvait atteindre 95 %.
5. Précautions d'utilisation des électrodes en titane enrobées dans le traitement des eaux usées organiques à haute teneur en sel
Les ions fluorure ont une forte perméabilité et corrosivité, ce qui peut corroder le film d'oxyde de dioxyde de titane et d'autres films d'oxyde de revêtement métallique sur la surface du substrat en titane, provoquant la chute du revêtement sur la surface de l'électrode en titane, réduisant considérablement la durée de vie de l'électrode. Avant d'utiliser l'électrode en titane revêtue, la concentration d'ions fluorure dans les eaux usées doit être mesurée. Si la concentration en ions fluorure dans les eaux usées est supérieure à 10 mg/L, le processus d'oxydation électrocatalytique basé sur l'électrode en titane revêtue ne doit pas être utilisé pour le traitement.
La densité de courant de l'électrode est proportionnelle au taux d'élimination des matières organiques dans les eaux usées. Plus la densité de courant est élevée, plus le taux d’élimination de la matière organique est élevé. Cependant, une densité de courant excessive provoquera un échauffement important de l'électrode et une perte facile du revêtement, ce qui réduira considérablement la durée de vie de l'électrode. Lors du traitement des eaux usées organiques à haute teneur en sel, il est recommandé de maintenir la densité de courant à 500-1500A/m2.
Les différentes tensions d'impulsion de forme d'onde de l'alimentation à impulsions peuvent réduire considérablement la consommation de l'électrode en titane revêtue. La sélection d'un cycle de service approprié peut augmenter la durée de vie de l'électrode et éviter la passivation de l'électrode.
L'électrode maillée a une surface spécifique plus grande et un poids plus léger que l'électrode plaque, ce qui peut réduire considérablement le coût de l'électrode. Dans le même temps, sa répartition irrégulière du chemin de conduction du courant peut également réduire considérablement la possibilité de passivation des électrodes.
6. En conclusion
Le processus électrocatalytique basé sur l'application d'électrodes en titane enrobées présente les avantages d'un fonctionnement simple, d'un flux de processus court, d'une forte adaptabilité, d'une réaction rapide, d'un bon effet de traitement et de l'absence de pollution secondaire. Il présente des avantages significatifs dans le traitement des eaux usées à haute teneur en sel et offre de larges perspectives d'application. Cependant, il existe également des problèmes tels qu'une passivation facile des électrodes, des matériaux de revêtement coûteux, une durée de vie courte et un faible rendement de courant. Afin d’assurer l’industrialisation des électrodes enrobées de titane pour les eaux usées à haute teneur en sel, la recherche devrait être renforcée dans les domaines suivants :
(1) Renforcer la recherche sur les types de revêtements d'électrodes, les méthodes d'utilisation et d'entretien, etc. pour éviter la passivation des électrodes.
(2) Renforcer la recherche sur les revêtements d'éléments de terres rares, les revêtements métalliques d'éléments de transition courants, etc., et essayer de réduire le coût de production des électrodes de titane revêtues.
(3) Tout en renforçant la recherche sur les revêtements d'oxydes métalliques, nous devrions également renforcer la recherche sur les revêtements composites de matière organique et d'oxydes métalliques, afin d'améliorer la durée de vie des électrodes tout en garantissant leur activité catalytique.
(4) Renforcer la recherche théorique et la recherche sur les technologies de traitement sur les électrodes en titane revêtues, réaliser la standardisation de la production des électrodes et promouvoir l'application généralisée de l'ingénierie.
Si vous avez besoin de réduire le coût du traitement des eaux usées ou du recyclage des ressources, veuillez appeler : 18391894207 pour une coopération au projet.
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