多壁碳纳米管强化电絮凝技术对垃圾渗滤液COD去除的协同效应研究

本研究针对垃圾渗滤液(LL)高化学需氧量(COD)处理难题，创新性地将多壁碳纳米管(MWCNT)与电絮凝(EC)技术耦合，探究了纳米材料添加对Fe-Fe电极体系下COD去除效率的影响。实验通过Box-Behnken设计优化参数，在pH=6、电流0.8A、40分钟条件下实现32.89%的COD去除率，Temkin等温模型拟合最佳。研究为纳米材料在废水处理中的应用提供了新思路。

　　

垃圾渗滤液(Leachate, LL)作为城市固体废弃物填埋过程中产生的高浓度有机废水，含有大量难降解有机物、重金属和新兴污染物。传统处理方法如膜生物反应器(MBR)和高级氧化工艺(AOPs)虽有一定效果，但存在成本高、二次污染等问题。尤其对于化学需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD)这类关键污染指标，现有技术效率有限。?eyma Keyif团队注意到碳纳米管(CNT)因其超大比表面积和吸附性能，在废水处理中展现出独特优势，但将其与电絮凝(Electrocoagulation, EC)技术联用的研究尚属空白。

为突破这一技术瓶颈，研究人员设计了一套创新性实验方案：采用铁电极(Fe-Fe)电絮凝系统，通过添加不同剂量的多壁碳纳米管(Multi-Walled Carbon Nanotubes, MWCNT)，探究其对COD的协同去除机制。研究选取土耳其Samsun填埋场三年内新鲜渗滤液为样本，其平均COD高达10298 mg/L，pH值5.99，具有典型的高污染特征。

关键技术方法包括：(1)采用800ml批次反应器，设置0.8-3.2A电流梯度，通过Fe电极产生金属氢氧化物絮体；(2)添加0.5-50mg MWCNT作为吸附剂，结合超声分散确保均匀混合；(3)应用Box-Behnken实验设计法优化时间、电流和CNT添加量等参数；(4)通过COD测定试剂盒(500-10000mg/L范围)和光谱法(605nm)定量分析处理效果。

17.1. 实验条件

研究固定pH=6、温度25.82^oC等参数，发现中性pH下金属氢氧化物与有机物的共沉淀效果最佳。电流密度优化实验显示0.8A时形成的絮体更大更稳定，而3.2A高电流会导致电极过度溶解。

17.2. 接触时间与CNT剂量影响

未添加纳米材料时，30分钟接触时间仅实现26.82%COD去除率。添加1mg MWCNT后，40分钟时去除率提升至32.89%，证实CNT的吸附作用能有效补充电絮凝的处理盲区。

17.3. 电流效应

能量消耗计算表明，3.2A电流下20分钟处理能耗为0.0647kWh/g COD。但长期运行会导致电极损耗，0.8A被确定为最佳平衡点。

17.4. 吸附等温模型

九种等温模型拟合显示，Temkin模型(R²=0.99999)和Flory-Huggins模型最能描述CNT对COD的吸附行为，表明吸附过程存在多层覆盖和分子间相互作用。

17.5. 统计分析

Tukey检验证实1mg与50mg CNT添加量差异显著(p<0.05)。Pearson相关性分析显示CNT剂量与COD去除率呈正相关(r=0.478)，而电流强度影响较弱。

这项发表在《Desalination and Water Treatment》的研究具有三重重要意义：首先，首次验证了MWCNT与EC技术的协同效应，为"电化学-吸附"复合工艺提供了实验依据；其次，通过系统优化得出32.89%的COD去除效率，虽然数值看似不高，但对于成分复杂的实际渗滤液已属突破；最后，研究强调纳米材料功能化改性的必要性，为后续研究指明了方向——通过表面修饰提升CNT的亲水性和选择性，有望进一步突破处理效率瓶颈。该成果对发展中国家低成本处理高浓度有机废水具有重要参考价值，特别是采用易获取的铁电极和可再生的碳材料，符合可持续发展理念。