鉄鋼スラグによる埋立地浸出水の除去を強化

Aug 10, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12751 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

この研究では、鉄鋼スラグを粒子電極として使用する三次元電気化学酸化システムを埋め立て浸出水の処理に適用しました。 粒子電極の特性は、走査型電子顕微鏡 (SEM)、蛍光 X 線分光法 (XRF)、および X 線回折 (XRD) 測定によって調査されました。 製鋼スラグは粗くて不規則な表面を示し、主に SiO2 (石英) から構成されていることがわかり、吸収能力と電気伝導能力が向上していることがわかりました。 続いて、二次元（2D）電気化学酸化システムと三次元（3D）電気化学酸化システムの間の比較劣化試験が実施され、結果はCODの除去効率を示しました。 さらに、3D システムでは 2D システムと比較して、埋め立て浸出水からの NH4+-N が大幅に改善されました。 さらに、運転条件も、電極間距離1cm、電流密度20mA・cm−2、初期pH値4.4、製鋼スラグ濃度0.30g・mL−1に最適化されており、いずれも良好な埋め立てを保証するものであると判断された。浸出液除去効率。 さらに、このシステムの可能な除去メカニズムが提案されました。 三次元電気化学的酸化システムにおける鉄鋼スラグ粒子電極の導入は、「廃棄物を処理するために廃棄物を使用する」という概念を暗示し、汚染物質除去に実行可能な方法を提供する。

世界の都市固形廃棄物（MSW）の発生量は、人口増加、生活水準の向上、工業化に伴い増加しており、2050年までに年間22億トンに達します1。MSWの埋立地への埋設により、大量の埋立地浸出水（LFL）が発生します。過剰な降水が埋立地の多くの層に浸透するときに生成されます2。 さらに、LFL には高レベルの有機汚染物質、無機塩、重金属、アンモニア 3 が含まれており、生態系全体と人間の健康に重大な損害を引き起こす可能性があります 4。 したがって、水資源、地表水と地下水、土壌の汚染を防ぐために、これらの排水の適切な収集と処理が必要です。

現在、MSW 管理施設で導入されている従来の生物学的および物理化学的技術のほとんどは、特定の有毒物質によって引き起こされる微生物系の抑制効果と、高額な投資と維持費のせいで、LFL を効率的に治療することができません 5,6。 難治性有機汚染物質を酸化するための活性種を生成できる高度な酸化プロセス (AOP) は、廃水除去への応用の可能性があるため、多くの注目を集めています7、8、9、10、11、12。 これらの方法の中で、電気化学的方法は、特に LFL13、14、15、16 の廃水除去の有望な代替手段として浮上しています。 過去 20 年間に、電気化学的酸化 (EO) は廃水処理、特に生物耐火性物質の削減において大きな進歩を遂げました 17。 一般に、EO はスラッジ生成の欠如、高分子化合物の分解による生分解性中間体の生成、有機物の完全な無機化など、多くの利点を示します 18。 さらに、このプロセスは、LFL19 に存在する最も柔軟性のない汚染物質 (除去が難しい) と考えられているアンモニウムを分解するのに効率的であることが観察されています。

EO 技術の中でも、粒子電極を導入した三次元電気化学酸化 (3DEO) は、比表面積が大きくなり、物質移動の距離が短くなり、従来の二次元酸化が直面する低い電流効率や物質移動の制限などの欠点が解決されます。 (2D) 電気分解20,21,22。 それを考慮すると、適切な粒子電極を選択することは、3D 電気化学酸化システムの設計と操作にとって重要な要素です。 Wang の研究 23 によれば、粒子電極は主に炭素質材料および高気孔率および高インピーダンスの金属 (金属酸化物を含む) 材料として調製されます。 しかし、複雑なプロセスと高価な原材料を必要とするため、その開発と応用は限られています。