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低浓度氨氮污水处理之全自动自清洗过滤器电化学氧化法

来源:

低浓度氨氮污水处理之全自动自清洗过滤器电化学氧化法
1、概述
   氨氮是水体中的营养素,可导致水富营养化现象产生,是水体中的主要耗氧污染物,对水中生物及人类都有较大危害性。目前,国内外氨氮废水的处理方法主要有气浮法、折点加氯法、电化学氧化法、离子交换法、物理吸附法和生物脱氨法等。其中,电化学氧化法由于具有占地面积少、操作简单、绿色清洁等优点而引起广泛关注。
2、实验部分
2.1、原理介绍。电化学氧化过程按照作用机理的不同,可分为直接电化学氧化和间接电化学氧化。最终产物主要为氮气,
2.1.1、直接电化学氧化法
2.1.1.1、氨氮直接在阳极表面失去电子被氧化去除。此过程中,氨氮先吸附在阳极表面,后直接与阳极之间发生三电子转移反应。 氨氮发生直接电化学氧化必须满足两个必要条件:一是需要碱性介质条件,以保证部分氨氮以游离态NH3存在;二是合适的阳极电位。
2.1.1.2、氨氮被吸附态羟基自由基氧化去除。当使用电催化性能较强的金属氧化物阳极时,
2.1.2、氨氮间接电化学氧化。该过程是通过阳极反应先生成强氧化剂,然后强氧化剂与氨氮反应,使氨氮降解脱除。氨氮的间接电化学氧化,根据氯离子(Cl-)的存在状况可分成有氯离子存在和无氯离子存在两种形式。
2.1.2.1、废水中存在氯离子时,氨氮的电化学氧化反应接近于“折点加氯除氮”的反应过程。水中的氯离子先发生阳极反应生成活性氯(Cl2、HOCl、ClO-等),然后氧化性很强的活性氯再与氨氮反应,将氯气或者次氯酸钠通入污水中将其中的氨氮氧化成氮气的方法叫做折点氯化法。法氯气在水中不仅会溶解还会发生反应,当氯气通入污水中达到一定剂量时水中游离氯的含量有一最低值,此时能够将氨氮完全降解。当氯气加入量超过该点时,水中游离氯含量增大而对去除效果没有改变,这个能达到最好去除效果而又不造成氯气浪费的最佳剂量点就是折点。  此时,大量水被电解,仅有极少部分氯气生成,用以氧化氨氮。也就是说,电解水的量大于氨氮的处理量,造成了氨氮被“浓缩”,含量不降反增。当氯离子浓度达到一定值以后,此时有足够的氯气溶解于水氧化氨氮。从这点来说,氯离子浓度越高,处理效果越好。但氯离子浓度过高,则会导致电流效率低下、能源浪费的问题,甚至会有氯气逸出,造成安全隐患。因此,应当合理控制氯离子浓度,原则是在保障氨氮去除效果的同时,尽量降低氯离子浓度。
3.2、正交试验结果及分析。正交试验的结果采用方差分析法,分析结果见表6。从正交实验的极差分析中我们可以确定各因子对氨氮去除效果的主次顺序为:时间、氯离子浓度、pH、电流密度、极板类型。最优水平组合为pH=7,电解时间为90min,氯离子浓度为2000mg/L,电流密度为20mA/cm2,电极板组合为铱钽钛板-316不锈钢。同时根据分析结果可以得出,电解时间越长、氯离子浓度越高、电流密度越大,处理的效果越好。
4、结论
根据正交实验的结果,可以确定在一定的工艺条件下,能够将、出水氨氮含量减少至0.2mg/L及其以下。阳极材料需要选用贵重金属涂层钛电极,阴极可以选用防腐蚀性能较好的316不锈钢板。