Organische Abwässer mit hohem Salzgehalt zeichnen sich durch einen hohen TDS-Gehalt, eine komplexe Zusammensetzung, einen hohen Gehalt an refraktären organischen Stoffen, eine hohe Toxizität und Umweltgefährdung aus. Herkömmliche biochemische Verfahren sind nur schwer wirksam zu behandeln. Das elektrokatalytische Oxidationsverfahren auf der Grundlage beschichteter Titanelektroden kann den herkömmlichen Behandlungsprozess umgehen. Der Nachteil ist, dass es die Möglichkeit der Behandlung von stark salzhaltigen Abwässern bietet. Beschichtete Titanelektroden haben eine extrem hohe elektrokatalytische Aktivität, die die Stromeffizienz erheblich verbessern kann und eine entscheidende Rolle bei elektrokatalytischen Verfahren spielt.

1. Prinzip der Behandlung von organischen Abwässern mit hohem Salzgehalt mit beschichteten Titanelektroden

Bei elektrokatalytischen Verfahren, die auf beschichteten Titanelektroden basieren, werden bei der Behandlung von stark salzhaltigen Abwässern direkte und indirekte Elektrolysen an den Elektroden durchgeführt. Die direkte Elektrolyse bezieht sich auf die Oxidations- oder Reduktionsreaktion von organischen Stoffen im Abwasser direkt an der Oberfläche der beschichteten Titanelektrode, wodurch organische Stoffe im Abwasser reduziert werden.

Prozess der Konzentration. Die Direktelektrolyse kann in die Kathodendirektelektrolyse und die Anodendirektelektrolyse unterteilt werden. Anodendirektelektrolyse bedeutet, dass organische Schadstoffe an der Oberfläche der beschichteten Titananode Elektronen erhalten und direkt zu leicht biochemischen, kleinmolekularen organischen Verbindungen oxidiert oder direkt in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt werden; Kathodendirektelektrolyse bezieht sich auf den Prozess, bei dem organische Stoffe Elektronen an der Oberfläche der Kathode verlieren und reduziert und abgebaut werden. Sie kann zur Dehalogenierung von organischen Halogeniden und zur Reduktion und Rückgewinnung von Schwermetallionen eingesetzt werden. Die indirekte Elektrolyse von Elektroden bezieht sich auf die Verwendung von oxidierten oder reduzierten Substanzen, die von beschichteten Titanelektroden als Oxidationsmittel, Reduktionsmittel oder Katalysatoren erzeugt werden, um organische Stoffe in stark salzhaltigen Abwässern in kleinmolekulare, leicht biochemisch abbaubare, wenig toxische und leicht zu handhabende organische Stoffe umzuwandeln. Die Entfernung von organischen Stoffen in salzhaltigen Abwässern erfolgt hauptsächlich durch direkte Oxidation und indirekte Oxidation an der Anode.

Wenn die Konzentration an organischen Stoffen (CSB, NH3-N usw.) im salzhaltigen Abwasser hoch ist, wird hauptsächlich die direkte Anodisierung durchgeführt, während die indirekte Anodisierung nur bei niedrigen Konzentrationen durchgeführt wird. Die anodische Direktoxidation ist die Reaktion von Wassermolekülen durch Strom, und die Entladung an der Anodenoberfläche erzeugt Hydroxylradikale. Das Oxidationspotenzial von Hydroxylradikalen liegt bei 2,8 V. Es ist in der Natur ein starkes Oxidationsmittel, das nach Fluor das zweitstärkste ist, und kann organische Stoffe im Abwasser selektiv oxidieren. Die indirekte Oxidation besteht darin, das Chlorid im Wasser durch die Einwirkung von elektrischem Strom während des Elektrooxidationsprozesses zu reduzieren und starke Oxidationsmittel wie ClO-, hochvalente Metallionen usw. zu erzeugen. Diese Oxidationsmittel haben auch eine starke Fähigkeit, organische Stoffe zu oxidieren und zu entfernen, und können organische Stoffe in stark salzhaltigen Abwässern oxidieren.

Organische Abwässer mit hohem Salzgehalt enthalten eine große Menge an Salzen, was zu einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und einer hohen Stromausnutzung im elektrokatalytischen System führt. Die beschichtete Titanelektrode ist stark hydrophil und es kommt zur "Oberflächenhydroxylierung", wenn sie mit salzreichen Abwässern in Berührung kommt. Nach der Reaktion ist die Oberfläche mit einer Schicht stark oxidierender Hydroxylradikale bedeckt, die oxidativ von den auf der Anodenoberfläche adsorbierten organischen Stoffen entfernt werden. Gleichzeitig enthält stark salzhaltiges Abwasser eine große Menge an Chlorid, und bei der indirekten Oxidation entsteht auch eine große Menge an Chlorat und Hypochlorit. Diese stark oxidierenden Substanzen reduzieren effektiv die Konzentration von CSB und Ammoniakstickstoff in salzhaltigem Abwasser.

2. Auswahl beschichteter Titanelektroden für die Behandlung von Abwässern mit hohem Salzgehalt

Bei der Behandlung hochkonzentrierter organischer Abwässer durch einen elektrokatalytischen Oxidationsprozess auf der Grundlage einer beschichteten Titanelektrode ist die Elektrode nicht nur ein Stromleitungsträger, sondern auch ein Katalysator für die Entfernung organischer Stoffe. Die Auswahl des Beschichtungsmaterials der Elektrode wirkt sich direkt auf die Stromleitungseffizienz und die Katalyseleistung der Elektrode aus. Die wichtigste konkurrierende Nebenreaktion im elektrokatalytischen Oxidationsprozess ist die Entwicklung von Sauerstoff oder Chlor an der Anodenoberfläche. Das Sauerstoffentwicklungspotenzial der Anodenbeschichtung steht in einem positiven Zusammenhang mit der katalytischen Aktivität der Elektrode. Je höher das Sauerstoffentwicklungspotenzial der Elektrobeschichtung ist, desto höher ist die katalytische Aktivität und die Effizienz der Entfernung organischer Stoffe [4], so dass die notwendige Bedingung für die Auswahl einer Anode darin besteht, dass das Beschichtungsmaterial ein höheres Sauerstoffentwicklungspotenzial aufweisen muss.

Gegenwärtig werden als Anodenmaterialien für beschichtete Titanelektroden für stark salzhaltige organische Abwässer üblicherweise Ti/SnO2.Sb2O3, Ti/PdO, Ti/RuO2.TiO2, Ti/RuO2.Ir2O3 verwendet.

SnO2- und SbO2-Metalloxid-beschichtete Titanelektroden haben ein hohes Sauerstoffentwicklungspotenzial, und die auf der Anodenoberfläche erzeugten Hydroxylradikale wirken extrem oxidierend auf organische Stoffe, so dass sie für die Behandlung von stark salzhaltigen organischen Abwässern besser geeignet sind. Um der katalytischen Aktivität und der Lebensdauer der beschichteten Titanelektrode Rechnung zu tragen, wurden in den letzten Jahren Ti/IrO2-Ta2O5/SnO2 und Ti/IrO2-Ta2O5/SbO2 mehrdimensionale Beschichtungselektroden entwickelt. Das Sauerstoffentwicklungspotenzial dieser Art von Elektroden beträgt bis zu 1,77 V. Sie verfügt über eine hohe katalytische Aktivität, eine stabile Beschichtung, eine lange Lebensdauer und eine hohe Entfernungsrate von organischen Stoffen. Sie kann als bevorzugte Titanelektrode für die Beschichtung bei der Behandlung von stark salzhaltigen Abwässern verwendet werden.

3. Anwendung von beschichteten Titanelektroden bei der Behandlung von organischen Abwässern mit hohem Salzgehalt

Die durch thermische Zersetzung hergestellte Ti/SnO2-Elektrode wurde zur Behandlung von stark salz- und phenolhaltigen Abwässern verwendet. Die Phenolumwandlungsrate betrug 95,5% und die Stromeffizienz 73,5%. Hu Fengping und andere stellten durch thermische Oxidation modifizierte Ti/PbO2-Elektroden her und behandelten anschließend saure Fuchsinlösung mit modifizierten Elektroden, die mit Fe und Ni dotiert waren, sowie mit undotierten Elektroden. Alle Werte liegen über 90%, und die Abscheiderate von saurem Fuchsin durch eine mit Nickel modifizierte Elektrode beträgt sogar 93%. Correa-Lozano führt eine IrO2-Schicht zwischen dem Titansubstrat und SnO2-Sb2O5 ein, die dazu beiträgt, dass TiO2 und SnO2 eine isomorphe Struktur bilden und die Passivierungswirkung von TiO2 auf der Elektrode abschwächt, was die Lebensdauer der Elektrode effektiv verbessern kann. Die modifizierte Elektrode wurde für den elektrokatalytischen Abbau von stark salzhaltigen Chlorphenol-Abwässern getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass bei einem Massenverhältnis von SnO2-Sb2O5 katalytisch aktiver Schicht und IrO2-Zwischenschicht von 26 der Abbaueffekt am besten war und die TOC-Abbaurate 95% erreichen konnte.

4. Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung von beschichteten Titanelektroden bei der Behandlung von stark salzhaltigen organischen Abwässern

Fluoridionen sind sehr durchlässig und korrosiv. Sie können die Titandioxid-Oxidschicht auf der Oberfläche des Titansubstrats und die Oxidschicht anderer Metallbeschichtungen angreifen, wodurch sich die Oberflächenbeschichtung der Titanelektrode ablöst und die Lebensdauer der Elektrode stark verkürzt. Bevor die beschichtete Titanelektrode verwendet wird, sollte die Konzentration von Fluoridionen im Abwasser gemessen werden. Wenn die Fluoridionenkonzentration im Abwasser mehr als 10 mg/L beträgt, sollte das elektrokatalytische Oxidationsverfahren auf der Grundlage der beschichteten Titanelektrode nicht zur Behandlung verwendet werden. Die Stromdichte der Elektrode ist proportional zur Entfernungsrate der organischen Stoffe im Abwasser. Je höher die Stromdichte ist, desto höher ist die Entfernungsrate der organischen Stoffe.

Eine zu hohe Stromdichte führt jedoch zu einer starken Erwärmung der Elektrode, die Beschichtung fällt leicht ab und die Lebensdauer der Elektrode wird erheblich verkürzt. Bei der Behandlung von stark salzhaltigen organischen Abwässern wird empfohlen, die Stromdichte bei 500-1 500 A/m2 zu halten. Unterschiedliche Wellenform-Impulsspannungen der Impulsstromversorgung können den Verbrauch der beschichteten Titanelektrode erheblich reduzieren, und die Wahl eines geeigneten Arbeitszyklus kann die Lebensdauer der Elektrode verbessern und eine Elektrodenpassivierung vermeiden. Die Netzelektrode hat eine größere spezifische Oberfläche und ein geringeres Gewicht als die Plattenelektrode, wodurch die Kosten der Elektrode erheblich gesenkt werden können, und ihre unregelmäßige Stromleitungsverteilung kann auch die Möglichkeit einer Elektrodenpassivierung erheblich verringern.

Das elektrokatalytische Verfahren, das auf dem Einsatz beschichteter Titanelektroden beruht, hat die Vorteile eines einfachen Betriebs, eines kurzen Prozessablaufs, einer starken Anpassungsfähigkeit, einer schnellen Reaktion, einer guten Behandlungswirkung und keiner Sekundärverschmutzung. Es hat erhebliche Vorteile bei der Behandlung von stark salzhaltigen Abwässern und bietet ein breites Anwendungsspektrum. . Allerdings gibt es auch Probleme wie die leichte Passivierung der Elektroden, teure Beschichtungsmaterialien, kurze Lebensdauer und geringe Stromausbeute. Um die Industrialisierung beschichteter Titanelektroden für salzhaltige Abwässer zu gewährleisten, sollte die Forschung unter folgenden Aspekten verstärkt werden:

1. Verstärkte Erforschung der Arten von Elektrodenbeschichtungen, Verwendungs- und Wartungsmethoden usw., um die Passivierung der Elektroden zu vermeiden.
2. Verstärkung der Forschung im Bereich der Beschichtungen mit Seltenen Erden, der Beschichtungen mit Metallen der gemeinsamen Übergangselemente usw. und Versuch, die Produktionskosten für beschichtete Titanelektroden zu senken.
3. Während die Forschung zu Metalloxidbeschichtungen verstärkt wird, sollte die Forschung zu organischen Verbindungen und Metalloxid-Verbundbeschichtungen verstärkt werden, um die katalytische Aktivität der Elektrode zu gewährleisten und die Lebensdauer der Elektrode zu verbessern.
4. Stärkung der theoretischen Forschung und der Forschung im Bereich der Verarbeitungstechnologie von beschichteten Titanelektroden, Standardisierung der Elektrodenproduktion und Förderung der Ausweitung der technischen Anwendungen.