Стальные шлаки для улучшенного удаления фильтрата свалок в три этапа.

Aug 10, 2023

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12751 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

В этом исследовании для борьбы с фильтратом свалок была применена система трехмерного электрохимического окисления со стальными шлаками в качестве частиц электродов. Характеристики частиц электродов были исследованы с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), рентгенофлуоресцентной спектроскопии (XRF) и рентгеновской дифракции (XRD). Установлено, что стальной шлак имеет шероховатую и неровную поверхность и состоит в основном из SiO2 (кварца), что свидетельствует о повышенных поглощающих и электропроводящих способностях. Впоследствии были проведены сравнительные испытания на деградацию между двумерными (2D) и трехмерными (3D) системами электрохимического окисления, и результаты показали эффективность удаления ХПК. Более того, NH4+-N из фильтрата свалки в 3D-системе был значительно улучшен по сравнению с 2D-системой. Кроме того, рабочие условия были также оптимизированы с учетом межэлектродного расстояния 1 см, плотности тока 20 мА·см-2, начального значения pH 4,4 и концентрации стального шлака 0,30 г·мл-1, что, как было установлено, гарантирует отличную утилизацию отходов. эффективность удаления фильтрата. Кроме того, был предложен возможный механизм удаления этой системы. Внедрение электродов из стальных шлаковых частиц в систему трехмерного электрохимического окисления подразумевало концепцию «использования отходов для переработки отходов», обеспечивая действенный способ удаления загрязняющих веществ.

Мировое производство твердых бытовых отходов (ТБО) увеличивается вместе с ростом населения, повышением уровня жизни, а также индустриализацией, достигая к 2050 году 2,2 миллиарда тонн в год1. Захоронение ТБО на свалках приводит к образованию большого количества свалочных фильтратов (LFL). , образующийся при проникновении избыточных осадков через многие слои свалки2. Кроме того, ЛФЛ содержит высокие уровни органических загрязнителей, неорганических солей, тяжелых металлов и аммиака3, которые могут нанести существенный ущерб всей экологической системе и здоровью человека4. Таким образом, для предотвращения загрязнения водных ресурсов, поверхностных и подземных вод и почв необходим адекватный сбор и очистка этих сточных вод.

Большинство традиционных биологических и физико-химических технологий, реализуемых в настоящее время на объектах обращения с ТКО, не способны эффективно перерабатывать ЛФЛ из-за ингибирующего действия микробной системы, вызванного некоторыми токсичными веществами, а также высоких затрат на инвестиции и техническое обслуживание5,6. Усовершенствованные процессы окисления (АОП), которые могут производить активные вещества для окисления тугоплавких органических загрязнителей, привлекли большое внимание из-за их потенциального применения для удаления сточных вод7,8,9,10,11,12. Среди этих методов электрохимические методы стали многообещающей альтернативой удалению сточных вод, особенно для LFL13,14,15,16. За последние два десятилетия электрохимическое окисление (ЭО) добилось большого прогресса в очистке сточных вод, особенно в борьбе с биотугоплавкими веществами17. Как правило, ЭО имеет множество преимуществ, таких как отсутствие образования осадка, расщепление высокомолекулярных соединений с образованием биоразлагаемых промежуточных продуктов и полная минерализация органических веществ18. Более того, было замечено, что этот процесс эффективен для разложения аммония, который считается самым стойким загрязнителем (трудно удаляемым), присутствующим в LFL19.

Среди технологий ЭО трехмерное электрохимическое окисление (3DEO) с введенными электродами из частиц приводит к более высокой удельной площади поверхности и более короткому расстоянию для массопереноса, что устраняет такие недостатки, как низкий выход по току и ограничение массопереноса, с которыми сталкиваются обычные двумерные технологии. (2D) электролиз20,21,22. Учитывая это, выбор подходящих электродов для частиц является решающим фактором для проектирования и эксплуатации системы трехмерного электрохимического окисления. Согласно исследованию Ванга23, электроды в виде частиц в основном изготавливаются из углеродистого материала и металлического (включая оксиды металлов) материала с высокой пористостью и высоким импедансом. Однако их разработка и применение ограничены из-за сложного процесса и дорогого сырья.