고염분 유기폐수란 TDS 함량이 3.5% 이상(염분 함량 1% 이상)인 유기성 폐수를 말합니다. 주로 산업용 제품의 수집 및 생산에서 비롯됩니다. 염분 함량이 높고 구성이 복잡하며 생분해가 어렵고 독성 및 유해한 특성을 가지고 있습니다. 직접 배출하면 토양 압축, 수질 오염을 유발하고 궁극적으로 환경 안전에 영향을 미칩니다. 현재 하수처리에서 유기물을 제거하는 주요 방법은 생물학적 처리이다. 이 방법은 제거효율이 높고 처리비용이 저렴하지만 생물학적 방법은 생분해성 저염도 유기폐수 처리에만 적합하고, 고염도 분해가 어려운 유기성 폐수에는 무력하다. 코팅된 티타늄 양극을 기반으로 한 전기화학적 촉매 기술의 발달로 대부분의 유기화합물이 전극 표면에서 산화환원반응, 첨가반응, 분해반응을 겪는다는 사실이 입증되었으며, 이는 유기오염물질을 고분해시키는 전기촉매산화법의 이론적 기초를 제공한다. - 염분 폐수. 전기는 전기촉매 산화 공정의 에너지원입니다. 전력 산업의 급속한 발전으로 전력 부족이 효과적으로 해결되었으며 전기 촉매 산화 공정의 대규모 적용이 좋은 조건을 갖추고 있습니다. 관련 연구에 따르면 전기촉매 산화 양극에 의해 생성된 수산기 라디칼과 고가 금속 산화물은 폐수 중의 유기물을 비선택적으로 산화시킬 수 있으며 산화 능력이 매우 강해 고염 유기 폐수를 효과적으로 처리할 수 있는 것으로 나타났습니다.
1. 현재 폐수 처리에 일반적으로 사용되는 DSA 전극 코팅은 일반적으로 루테늄, 이리듐, 탄탈륨, 납, 주석 및 백금의 하나 이상의 금속 산화물로 구성됩니다.
2. 고염 유기물 처리 원리코팅된 티타늄 전극을 사용한 폐수
고염 폐수 처리 시 코팅된 티타늄 전극을 기반으로 한 전기촉매 공정은 전극에서 직접 전기분해와 간접 전기분해를 진행합니다. 직접 전기분해란 코팅된 티타늄 전극 표면에서 폐수 중의 유기물을 직접 산화 또는 환원시켜 폐수 중의 유기물 농도를 감소시키는 공정을 말한다. 직접전기분해는 음극직접전기분해와 양극직접전기분해로 나눌 수 있다. 양극 직접 전기 분해는 유기 오염 물질이 코팅 된 티타늄 양극 표면에서 전자를 얻고 직접 산화되어 생분해 성 소분자 유기물로 또는 직접 이산화탄소와 물로 전환되는 과정을 의미합니다. 음극 직접 전기분해는 유기물이 음극 표면에서 전자를 잃어 환원 분해되는 과정을 말하며, 유기 할로겐화물의 탈할로겐화와 중금속 이온의 환원 및 회수에 응용할 수 있다. 전극의 간접 전기분해는 코팅된 티타늄 전극에서 생성된 산화 또는 환원 물질을 산화제, 환원제 또는 촉매로 사용하여 고염도 폐수 내의 유기물을 작은 분자로 변환하고 생분해가 용이하며 독성이 낮고 유기물 처리가 용이함을 의미합니다. 문제. 고염도 폐수에서 유기물의 제거는 주로 양극에서의 직접 산화 및 간접 산화 공정에서 발생합니다.
고염도 폐수(COD, NH3-N 등)의 유기물 농도가 높을 경우에는 직접양극산화가 주로 이루어지고, 낮은 농도에서만 간접양극산화가 이루어집니다. 직접 양극 산화는 전류 반응을 통해 양극 표면에 물 분자가 방출되어 하이드록실 라디칼을 생성하는 것입니다. 수산기 라디칼의 산화 전위는 2.8V입니다. 산화에서 불소 다음으로 두 번째로 강한 산화제입니다. 선택 없이 폐수 속의 유기물을 산화시킬 수 있습니다. 그런 다음 양극 근처의 유기물은 수산기 라디칼에 의해 직접 산화되고 제거됩니다. 간접 산화는 ClO-, 고가 금속 이온 등과 같은 강한 산화제를 생성하기 위해 전기 산화 공정 중 전류의 작용에 의해 물에서 염화물을 환원시키는 것입니다. 이러한 산화제는 또한 유기물을 산화하고 제거하는 강력한 능력을 가지고 있습니다. 물질이며 염도가 높은 폐수에서 유기물을 산화시킬 수 있습니다.
고염분 유기폐수는 다량의 염분을 함유하고 있어 전도성이 높고, 전기촉매 시스템의 전류 이용 효율이 높으며, 코팅된 티타늄 전극은 친수성이 강합니다. 고염도 폐수와 접촉하면 "표면 수산화" 반응이 일어나고 그 표면은 산화성이 높은 수산기 라디칼 층으로 감싸여 양극 표면에 흡착된 유기물을 산화 및 제거합니다. 동시에 고염분 폐수에는 다량의 염화물이 포함되어 있으며, 간접 산화에서도 다량의 염소산염과 차아염소산염이 생성됩니다. 이러한 강력한 산화 물질은 고염 폐수에서 COD 및 암모니아 질소의 농도를 효과적으로 감소시킵니다.
3. 고염폐수 처리를 위한 코팅된 티타늄 전극의 선택
코팅된 티타늄 전극을 기반으로 한 전기촉매 산화 공정으로 고농도 유기 폐수를 처리하는 과정에서 전극은 전류 전도 전달체일 뿐만 아니라 유기물 제거 반응의 촉매 역할도 합니다. 전극 코팅 재료의 선택은 전극의 전류 전도 효율과 촉매 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 전기촉매 산화 공정의 주요 경쟁적 부반응은 양극 표면에 산소나 염소가 침전되는 것입니다. 양극 코팅의 산소 발생 가능성은 전극 촉매 활성과 양의 상관관계가 있습니다. 전기 코팅의 산소 발생 가능성이 높을수록 촉매 활성이 높아지고 유기물의 제거 효율이 높아집니다. 따라서 양극 선택에 필요한 조건은 코팅재의 산소 발생 전위가 높아야 한다는 것이다.
현재 고염 유기 폐수에 일반적으로 사용되는 코팅된 티타늄 전극 양극 재료는 Ti/SnO2.Sb2O3, Ti/PdO, Ti/RuO2.TiO2, Ti/RuO2.Ir2O3입니다.
Ti/SnO2.Sb2O3 코팅된 전극 재료는 산소 발생 가능성이 더 높으므로 유기물 분해 과정에서 더 높은 촉매 및 제거 효율을 가져야 합니다. 관련 연구에 따르면 Pt, IrO2, RuO2 등 양극 코팅 물질에 의한 유기물의 산화는 전기화학적으로 전환되는 경향이 있습니다. 즉, 다양한 지방산이나 기타 저분자 유기물이 최종 생성물이 되며, 전류 효율은 낮은; SnO2 및 PbO2는 양극 재료로 사용되며 많은 수산기 라디칼이 금속 산화물 표면에 흡착되어 유기물을 이산화탄소 및 물과 같은 무기물로 완전히 산화시킬 수 있으며 전류 효율이 더 높습니다.
SnO2 및 SbO2 금속 산화물 코팅 티타늄 전극은 산소 발생 가능성이 높으며 양극 표면에서 생성된 수산기 라디칼은 유기물로 극도로 산화되므로 고염 유기 폐수 처리에 더 적합합니다. 최근에는 코팅된 티타늄 전극의 촉매 활성과 전극 수명을 고려하기 위해 Ti/IrO2·Ta2O5/SnO2 및 Ti/IrO2·Ta2O5/SbO2 다차원 코팅 전극이 개발되고 있다. 이 유형의 전극은 최대 1.77V의 산소 발생 전위, 높은 촉매 활성, 안정적인 코팅 성능, 긴 수명 및 높은 유기물 제거율을 갖습니다. 이는 핵심 연구를 위해 선호되는 고염 폐수 처리 코팅 티타늄 전극으로 사용될 수 있습니다.
4. 고염 유기폐수 처리에 코팅된 티타늄 전극의 적용
Liang Zhenhaiet al. 열분해를 통해 제조된 Ti/SnO2 전극을 사용하여 고염 페놀 함유 폐수를 처리했으며, 페놀 전환율은 95.5%, 전류 효율은 73.5%였습니다.
Ti/PbO2 개질된 전극은 열 산화에 의해 제조되었으며, Fe- 및 Ni-도핑된 개질된 전극과 도핑되지 않은 전극은 산성 푹신 용액을 처리하는 데 사용되었습니다. 실험 결과, 3개 전극에 의한 산성 푹신 제거율은 모두 90% 이상이었고, 니켈 변성 전극에 의한 산성 푹신 제거율은 93%에 달했다.
티타늄 기판과 SnO2-Sb2O5 사이에 IrO2 층을 도입하면 TiO2와 SnO2를 동형으로 만들고 전극에 대한 TiO2의 부동태화 효과를 약화시켜 전극 수명을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 수정된 전극은 고염 클로로페놀 폐수에 대한 전기촉매 분해 테스트를 수행하는 데 사용되었습니다. 그 결과, SnO{8}}Sb2O5 촉매활성층과 IrO2 중간층의 질량비가 26일 때 제거효과가 가장 좋았으며, TOC 제거율은 95%에 도달할 수 있는 것으로 나타났다.
5. 고염 유기폐수 처리 시 코팅된 티타늄 전극 사용 시 주의사항
불화물 이온은 투과성과 부식성이 강하여 티타늄 기판 표면의 이산화티탄 산화막 및 기타 금속 코팅 산화막을 부식시켜 티타늄 전극 표면의 코팅이 떨어져 전극 수명을 크게 단축시킬 수 있습니다. 코팅된 티타늄 전극을 사용하기 전에 폐수 중의 불소 이온 농도를 측정해야 합니다. 폐수 내 불소 이온 농도가 10mg/L보다 큰 경우 코팅된 티타늄 전극을 기반으로 한 전기촉매 산화 공정을 처리에 사용해서는 안 됩니다.
전극의 전류밀도는 폐수의 유기물 제거율에 비례합니다. 전류밀도가 클수록 유기물 제거율은 높아진다. 그러나 전류 밀도가 너무 높으면 전극이 심하게 가열되고 코팅이 쉽게 벗겨져 전극 수명이 크게 단축됩니다. 고염 유기폐수 처리에서는 전류밀도를 500-1500A/m2로 유지하는 것이 좋습니다.
펄스 전원 공급 장치의 다양한 파형 펄스 전압은 코팅된 티타늄 전극의 소비를 크게 줄일 수 있습니다. 적절한 듀티 사이클을 선택하면 전극 수명을 늘리고 전극 패시베이션을 방지할 수 있습니다.
메쉬 전극은 플레이트 전극에 비해 비표면적이 크고 무게도 가벼워 전극 비용을 대폭 절감할 수 있습니다. 동시에 불규칙한 전류 전도 경로 분포는 전극 패시베이션 가능성을 크게 줄일 수도 있습니다.
6. 결론
코팅된 티타늄 전극을 적용한 전기촉매 공정은 조작이 간단하고 공정 흐름이 짧으며 적응성이 강하고 반응이 빠르며 처리 효과가 좋고 2차 오염이 없다는 장점이 있습니다. 이는 고염 폐수 처리에 상당한 이점을 가지며 광범위한 적용 가능성을 가지고 있습니다. 그러나 전극 패시베이션이 용이하고, 코팅 재료의 가격이 비싸며, 수명이 짧고, 전류 효율이 낮은 등의 문제점도 있다. 고염폐수 코팅 티타늄 전극의 산업화를 위해서는 다음과 같은 측면에서 연구가 강화되어야 한다.
(1) 전극 패시베이션을 방지하기 위해 전극 코팅 유형, 사용 및 유지 관리 방법 등에 대한 연구를 강화합니다.
(2) 희토류 원소 코팅, 일반 전이 원소 금속 코팅 등에 대한 연구를 강화하고 코팅된 티타늄 전극의 생산 비용을 절감하려고 노력합니다.
(3) 금속 산화물 코팅에 대한 연구를 강화하는 동시에 전극 촉매 활성을 보장하면서 전극 수명을 향상시키기 위해 유기물과 금속 산화물의 복합 코팅에 대한 연구도 강화해야 합니다.
(4) 코팅 티타늄 전극에 대한 이론 연구 및 가공 기술 연구를 강화하고 전극 생산 표준화를 실현하며 공학의 광범위한 응용을 촉진합니다.
하수 처리 비용이나 자원 재활용 비용을 절감해야 하는 경우 전화: 18391894207 프로젝트 협력 문의
회사: Baoji Dynamic Trading Co., Ltd
국가:중국
추가하십시오: Baoti 도로, Jintai, Baoji 시, 산시성, 중국
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