电化学转化法改善难降解有机废水可生化性的研究

据电化学催化氧化理论，结合释氧动力学，设计和构建适用于将复杂难生物降解有机污染物有效地转化为易生物降解低分子有机酸的新型钛基复合氧化物膜电极。寻找具有强选择性的电化学催化剂体系；筛选出稳定性好、释氧过电位高的半导体母体材料；确定将催化剂均匀地分散在半导体母体中的简易方法。通过成膜条件的调控，优化氧化物膜的晶体微观结构、表面形态、化学价态、膜厚度、催化剂含量及其分布，最终获取制备选择性强、电流效率高 2100433B

电池由两个电极和电极之间的电解质构成，因而电化学的研究内容应包括两个方面：一是电解质的研究，即电解质学，其中包括电解质的导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性质等，其中电解质溶液的物理化学研究常称作电解质溶液理论；另一方面是电极的研究，即电极学，其中包括电极的平衡性质和通电后的极化性质，也就是电极和电解质界面上的电化学行为。电解质学和电极学的研究都会涉及到化学热力学、化学动力学和物质结构。

本课题以城市污水厂产生的剩余污泥为研究对象，针对污泥脱水难的问题，采用电化学预处理对污泥进行调理，系统地研究了电化学预处理方法对污泥比阻、CST、zeta电位、微观结构的影响，结合污泥上清液EPS的变化，分析了电化学预处理促进污泥脱水性能提高的机理。应用响应曲面法，确定了电化学预处理对污泥脱水性能影响的最佳工艺参数，在此基础上，进一步深化研究了药剂调理与电化学处理联用对污泥脱水性能的影响。研究结论主要有： （1）采用不同的电化学电压，电解时间和电极间距处理污泥，考察电化学对污泥脱水性能的效果。通过研究表明，50 V和5 min的电化学预处理为最适处理条件。皮尔森系数分析表明，EPS和多聚糖与标准化CST值具有较好的正相关关系。 （2）扫描电镜结果表明，电化学预处理使污泥絮体遭到破坏，细胞发生裂解，使细胞间隙水和胞内物质释放到溶液中，在一定程度上可使污泥脱水性能得到改善。 （3）通过响应面法优化实验条件，建立多变量多项式方程用来描述电化学预处理过程，得出最适电解电压、电解时间和电极间距分别为 21 V，12 min 和 5 cm，此时污泥的 CST 减小率为 22.15% 。最佳实验条件下的得出的CST减小率为18.8 ± 3.1%，表明实验值和多项式公式得出的预测值具有很好的拟合性。 （4）电化学预处理和PAM添加剂的联合调理作用可有效地提高污泥的脱水性能。通过电化学预处理，可使PAM用量减小50％，标准化CST值减小了36.8％。电化学预处理与表面活性剂联合作用对污泥进行调理，结果表明，阳离子表面活性剂CTAB调理对污泥脱水性能具有较好的效果，最佳添加量为2000 mg/L，在电化学预处理条件下，调理剂CTAB的用量减少66.7% 。阴离子表面活性剂SDS和非离子型表面活性剂Triton X-100对污泥脱水性能提高具有负面效应。EPS浓度，污泥粘度和污泥的zeta电位是导致污泥脱水性能发生变化的主要因素。 （5）通过电化学处理中试实验结果表明，在较低污泥浓度条件下，较低的电化学处理条件对污泥的脱水性能起促进作用；在中等污泥浓度条件下，15 V，30 min为最佳电化学处理条件；在高污泥浓度条件下，高电压处理条件能较好地改善污泥脱水性能。中试装置运行费用较低。污泥经电化学处理后，CST值明显降低。每吨污泥电化学处理的动力费用为0.75元/吨。 2100433B