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电化学氧化法处理低浓度氨氮污水的研究

        发布时间:2019-10-28 13:44        编辑:北极电力网
财制作废水处置惩罚技术手段培训暨国度职业资格证书鉴定班(第二期)12月2-3日 济两极星水处置网讯:摘 要:本文接纳电化学氧化法去除低浓度氨氮污水,利用正交试验的办法探究了 Ph、电流密度、氯离子增加量、电化学氧化光阴、板极类型对氨氮去除造诣的影响。结果标明,最优水准组合为 pH=7,电解年光为 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。要害词:电化学氧化;氨氮;电流密度;板极类型1 概述氨氮是水体中的养分素,可导致水富营养化情形发作,是水体中的首要耗氧传染物,对水中生物及人类都有较大损害性。当前,国表里氨氮废水的措置方法主要有气浮法、折点加氯法、电化学氧 化法、离子换取法、物理吸附法与生物脱氨法等。其中,电化学氧化 法因为具有占地面积少、哄骗简单、绿色洁净等优点而引起遍及关 注。2 执行一部分2.1 情理先容电化学氧化历程根据浸染机理的差别,可分为直 接电化学氧化和间接电化学氧化。终极制作物首要为氮气,含少量NO2-,NO3-。2.1.1 直接电化学氧化法2.1.1.1 氨氮直接在阳极外表取得电子被氧化去除。此过程当中,氨氮先吸附在阳极外貌,后直接与阳极之间发生三电子转移反响。 如公式(1)所示。氨氮发生直接电化学氧化必需满足两个必要前提:一是需要碱性介质前提,以保障局部氨氮以游离态 NH3 存在;二是相宜的阳 极电位。2.1.1.2 氨氮被吸附态羟基自在基氧化去除当运用电催化性能 较强的金属氧化物阳极时,吸附在电极表面的水份子与阳极氧化 物空穴反应生成吸附的羟基镇定基(·OH),如公式(2)所示。氨氮被吸附的羟基镇定基有用地氧化成氮气和水,如公式(3)所示。2.1.2 氨氮间接电化学氧化该进程是经由进程阳极反应先生成强 氧化剂,而后强氧化剂与氨氮反应,使氨氮降挣脱除。氨氮的间接 电化学氧化,根据氯离子(Cl-)的具备状况可分红有氯离子存在与无氯离子存在两种模式。2.1.2.1 废水中具备氯离子时,氨氮的电化学氧化反馈濒临于 “折点加氯除氮”的反应过程。水中的氯离子先发生阳极反响天生 活性氯(Cl2、HOCl、Cl O-等),其氧化电位见表 1,然后氧化性很强的活性氯再与氨氮反应,从而达到去除氮的指数,如图 1 所示。 将氯气大要次氯酸钠通入污水中将此中的氨氮氧化成氮气的 法子叫做折点氯化法。法氯气在水中不单会溶解还会发生反应,当 氯气通入污水中到达一定剂量时水中游离氯的含量有一最低值, 此时能够将氨氮纯粹降解。当氯气参与量跨越该点时,水中游离氯 含量增大而对去除成绩没有窜改,这个能达到最好去除成效而又不组成氯气节约的最好剂量点即是折点。
 
 依据“折点氯化”反馈机理,活性氯与氨氮的详细反应如下列公式。
其他,活性氯与氨氮的反馈进程中也会有一些副反应的发生, 如析氧反馈、析氢反馈以及破耗活性氯的反馈等,如下列公式。2.1.2.2 氨氮废水不含氯离子时,氨氮主假定被电化学反应历程中产生的羟基自在基氧化而去除。羟基镇定基可以由水或OH(- 碱 性条件下)在阳极氧化发生发火,其电极反响如下:
 
羟基自在基一种很强的氧化剂,其氧化电极电位高达 2.8V(vs.SHE),分别比 H2O2的 1.76 V 与 O3的 2.07 V 高 59%与 35%,也比 其它一些经常使用的强氧化剂如 KMnO4、Cl2 与 Cl O2 的氧化电极电位高。同时,羟基岑寂基的电子亲和技巧为 569.3KJ,具有很高的电负性或亲电性,能够对氨氮发展有用的氧化。氨氮可以被羟基沉着基氧化为氮气和水。
 
2.2 试验摆设本次试验的首要仪器摆设一览表见 2。2.3 试验方式实行原水采用摹拟氨氮污水,每次试验用水量为1L,接纳硫酸铵配制摹拟氨氮净化液,浓度为为 8mg/L(以 NH4计)。氨氮的测定接纳《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法(HJ535—2009)》,pH 的测定运用酸度计。根据正交履行表 3 发展各组试验。极板类型对应的极板材料见表 4。2.4 实行举措以 1 号试验为例。a.用硫酸铵配制 8mg/L 的模仿氨氮污水,倒入电解槽中)。b.增加 0.825g 氯化钠(500mg/L Cl-),调理pH=5。c.安设电极板至电解槽双侧,联接电线至直流稳压电源。d.设置装备摆设稳压直流电源的电流为 0.5A,打开电源并记载开始工夫点解时 间为 15min。e.电解完结后,测试水样的 pH,并取样测试氨氮含量,记录毕竟。f.调整参数,频频 a-e,发展下一组执行。 
3 履行终于与讨论3.1 探索性实验后果及分析氯离子浓度与氨氮去除的相干。在 做正交执行曩昔,对氯离子的增加量做了一组试探性执行。履行结 果如见表 5。初始氨氮浓度 8.96 mg/L,电流密度 5mA/cm2,极板间距10cm,电解工夫 30min,pH=5.68。试验正文,氯离子含量对氨氮的去除具有须要的含意。氯离子 浓度<400mg/L 时,氨氮含量不降反增,其原由起源阐发以下: 氯离子含量过低,电解液中首要反响为式(15),次要反馈为 (16)与(17)。此时,少量水被电解,仅有少少部份氯气天生,用以氧化氨氮。 也就是说,电解水的量大于氨氮的处置惩罚量,造成为了氨氮被“稀释”,含 量不降反增。当氯离子浓度抵达定然值以后,主要反响为(16)和 (17),此时有欠缺的氯气溶解于水氧化氨氮。从这点来讲,氯离子浓 度越高,处置成就越好。但氯离子浓渡过高,则会导致电流效用低 下、能源勤俭的题目,以致会有氯气逸出,构成安全隐患。因而,该当 合理控制氯离子浓度,原则是在保障氨氮去除功效的同时,尽量低落氯离子浓度。3.2 正交试验终归及阐发正交试验的下场采取方差赏析法,分 析下场见表 6。从正交履行的极差解析中我们可以确定各因子对氨氮去除成就的主次顺序为: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。同时根据剖析后果可以得出,电解时日越长、氯离子浓度越 高、电流密度越大,处置惩罚的效果越好。然而也应该属意,电解工夫过 长和电流密度太高,会造成电流功能低下、能耗高的标题;氯离子 浓度过高有可能会使过量的氯气逸出,造成安全隐患。注:《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法(HJ 535—2009)》中氨氮检测上限为0.1mg/L,此处浓度为低于检测下限。4 论断根据正交履行的终究,可以必定在定然的唱功前提下,能够将出水氨氮含量削减至 0.2mg/L 及其以下。阳极资料需要选用贵重金 属涂层钛电极,阴极可以选用防侵蚀性能较好的 316 不锈钢板。
 

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