純水設(shè)備對(duì)電化學(xué)氧化法處理低濃度氨氮污水的研究
【天津純水設(shè)備http://www.shunhung.com】本文采用電化學(xué)氧化法去除低濃度氨氮廢水，并通過正交實(shí)驗(yàn)探討了Ph、電流密度、氯離子添加量、電化學(xué)氧化時(shí)間、平板類型等因素對(duì)氨氮去除效果的影響。結(jié)果表明，橫向組合為pH=7，電解時(shí)間為90min，氯離子濃度為2000mg/L，電流密度為20mA/cm2，電極板組合為銥鉭鈦板-316不銹鋼。
氨氮是水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，可導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，是水體中主要的耗氧污染物。目前國內(nèi)外對(duì)氨氮廢水的處理方法主要有氣浮法、折疊點(diǎn)氯化法、電化學(xué)氧化法、離子交換法、物理吸附法和生物脫氨法。其中，電化學(xué)氧化法因占地面積小、操作簡(jiǎn)單、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。天津純水設(shè)備
2實(shí)驗(yàn)部分
2.1原理介紹
電化學(xué)氧化過程可分為直接電化學(xué)氧化和間接電化學(xué)氧化。最終產(chǎn)物以氮?dú)鉃橹鳎猩倭康?span>NO2-， NO3-。
2.1.1直接電化學(xué)氧化
2.1.1.1氨氮在陽極表面失去電子后直接氧化去除。在此過程中，氨氮首先吸附在陽極表面，然后在陽極與氨氮之間直接發(fā)生三次電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。如式(1)所示。
氨氮直接電化學(xué)氧化有兩個(gè)必要條件:一是需要堿性介質(zhì)條件，以保證部分氨氮作為游離NH3存在;第二個(gè)是適當(dāng)?shù)恼姌O電位。
2.1.1.2吸附羥基自由基氧化去除氨氮
當(dāng)electrocatalytic強(qiáng)的金屬氧化物陽極性能,水分子吸附在電極表面與孔的陽極氧化反應(yīng)生成吸附氫氧自由基(?OH),如公式(2)所示。氨氮的吸附氫氧自由基是有效地氧化成氮?dú)夂退?/span>,如公式(3)所示。
2.1.2氨氮的間接電化學(xué)氧化
在此過程中，強(qiáng)氧化劑通過陽極反應(yīng)形成，然后與氨氮發(fā)生反應(yīng)，對(duì)氨氮進(jìn)行降解和去除。氨氮的間接電化學(xué)氧化根據(jù)氯離子(Cl-)的存在分為氯離子存在和氯離子不存在兩種形式。
2.1.2.1當(dāng)廢水中存在氯離子時(shí)，氨氮的電化學(xué)氧化反應(yīng)接近于“斷點(diǎn)加氯脫氮”的反應(yīng)過程。水中氯離子先進(jìn)行陽極反應(yīng)生成活性氯(Cl2、HOCl、Cl O-等)，其氧化電位如表1所示，然后高度氧化的活性氯與氨氮發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到脫氮的目的，如圖1所示。當(dāng)氯或次氯酸鈉進(jìn)入污水時(shí)，將氨氮氧化成氮的方法稱為折疊點(diǎn)氯化。氯不僅會(huì)溶解，而且會(huì)在水中發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)向污水中注入一定劑量的氯時(shí)，水中游離氯的含量較低，氨氮可以完全降解。當(dāng)加氯量超過這一點(diǎn)時(shí)，水中游離氯含量增加天津純水設(shè)備，但不改變?nèi)コЧＴ诓划a(chǎn)生氯廢物的情況下，達(dá)到最佳去除效果的最佳投加點(diǎn)是折疊點(diǎn)。
依據(jù)“折點(diǎn)氯化”反應(yīng)機(jī)理，活性氯與氨氮的具體反應(yīng)如下列公式。
此外，活性氯與氨氮的反應(yīng)過程中也會(huì)有一些副反應(yīng)的發(fā)生， 如析氧反應(yīng)、析氫反應(yīng)以及消耗活性氯的反應(yīng)等，如下列公式。
2.1.2.2 氨氮廢水不含氯離子時(shí)，氨氮主要是被電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的羥基自由基氧化而去除。羥基自由基可以由水或OH（- 堿 性條件下）在陽極氧化產(chǎn)生，其電極反應(yīng)如下：
羥基自由基一種很強(qiáng)的氧化劑，其氧化電極電位高達(dá) 2.8V（vs.SHE），分別比 H2O2的 1.76 V 和 O3的 2.07 V 高 59％和 35％，也比 其它一些常用的強(qiáng)氧化劑如 KMnO4、Cl2 和 Cl O2 的氧化電極電位高。同時(shí)，羥基自由基的電子親和能力為 569.3KJ，具有很高的電負(fù)性或親電性，能夠?qū)Π钡M(jìn)行有效的氧化天津水處理設(shè)備。氨氮可以被羥基自由基氧化為氮?dú)夂退?/span>
2.2 實(shí)驗(yàn)裝置
2.3 實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)原水采用模擬氨氮污水，每次實(shí)驗(yàn)用水量為1L，采用硫酸銨配制模擬氨氮污染液，濃度為為 8mg/L（以 NH4計(jì)）。氨氮的測(cè)定采用《水質(zhì)氨氮的測(cè)定納氏試劑分光光度法（HJ535—2009）》，pH 的測(cè)定使用酸度計(jì)。
根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)表 3 進(jìn)行各組實(shí)驗(yàn)。
2.4 實(shí)驗(yàn)步驟
以 1 號(hào)實(shí)驗(yàn)為例。a.用硫酸銨配制 8mg/L 的模擬氨氮污水，倒入電解槽中)。b.添加 0.825g 氯化鈉(500mg/L Cl-)，調(diào)節(jié)pH=5。c.安裝電極板至電解槽兩側(cè)，連接電線至直流穩(wěn)壓電源。d.設(shè)置穩(wěn)壓直流電源的電流為 0.5A，打開電源并記錄開始時(shí)間點(diǎn)解時(shí) 間為 15min。e.電解結(jié)束后，測(cè)試水樣的 pH，并取樣測(cè)試氨氮含量天津純水設(shè)備，記錄結(jié)果。f.調(diào)整參數(shù)，重復(fù) a-e，進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
3.1 試探性實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
氯離子濃度和氨氮去除的關(guān)系。在 做正交實(shí)驗(yàn)之前，對(duì)氯離子的添加量做了一組試探性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié) 果如見表 5。初始氨氮濃度 8.96 mg/L，電流密度 5mA/cm2，極板間距10cm，電解時(shí)間 30min，pH=5.68。
實(shí)驗(yàn)表明，氯離子含量對(duì)氨氮的去除具有重要的意義。氯離子 濃度<400mg/L 時(shí)，氨氮含量不降反增，其原因初步分析如下： 氯離子含量過低，電解液中主要反應(yīng)為式（15），次要反應(yīng)為 （16）和（17）。
此時(shí)，大量水被電解，僅有極少部分氯生成，用以氧化氨氮。 也就是說，電解水的量大于氨氮的處理量，造成了氨氮被“濃縮”，含 量不降反增。當(dāng)氯離子濃度達(dá)到一定值以后，主要反應(yīng)為（16）和 （17），此時(shí)有足夠的氯溶解于水氧化氨氮。從這點(diǎn)來說，氯離子濃 度越高，處理效果越好。但氯離子濃度過高，則會(huì)導(dǎo)致電流效率低 下、能源浪費(fèi)的問題，甚至?xí)新纫莩觯斐砂踩[患天津水處理設(shè)備。因此，應(yīng)當(dāng) 合理控制氯離子濃度，原則是在保障氨氮去除效果的同時(shí)，盡量降低氯離子濃度。
3.2 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析
正交試驗(yàn)的結(jié)果采用方差分析法，分 析結(jié)果見表 6。從正交實(shí)驗(yàn)的極差分析中我們可以確定各因子對(duì)氨氮去除效果的主次順序?yàn)椋簳r(shí)間、氯離子濃度、pH、電流密度、極板 類型。水平組合為 pH=7，電解時(shí)間為 90min，氯離子濃度為2000mg/L，電流密度為 20mA/cm2，電極板組合為銥鉭鈦板-316 不銹鋼。同時(shí)根據(jù)分析結(jié)果可以得出，電解時(shí)間越長、氯離子濃度越 高、電流密度越大，處理的效果越好。但是也應(yīng)該注意，電解時(shí)間過 長和電流密度過高，會(huì)造成電流效率低下、能耗高的問題；氯離子 濃度過高有可能會(huì)使過量的氯逸出，造成安全隱患。
注：《水質(zhì)氨氮的測(cè)定納氏試劑分光光度法（HJ 535—2009）》中氨氮檢測(cè)下限為0.1mg/L，此處濃度為低于檢測(cè)下限。
根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果天津純水設(shè)備，可以確定在一定的工藝條件下，能夠?qū)⒊鏊钡繙p少至 0.2mg/L 及其以下。陽極材料需要選用貴重金 屬涂層鈦電極，陰極可以選用防腐蝕性能較好的 316 不銹鋼板。天津純水設(shè)備，天津水處理設(shè)備，天津去離子水設(shè)備。
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