电化学氧化法处理高氨氮废水的试验研究鲁 剑1,张 勇1,吴盟盟2,张 鑫2,王 皓2(1.北京市怀柔区环保局,北京101400;2.北京神州瑞霖环保科技有限公司,北京100083)摘 要:针对传统高氨氮废水处理工艺存在二次污染、出水氨氮值偏高等问题,采用电化学氧化法对高氨氮配水进行试验研究,分别考察了电流强度、氯离子浓度和面体比对氨氮去除效果的影响,结果表明:在电流强度为9A、投加氯化钠摩尔比(NH3N/Cl-)为1∶4、极板间距为1cm、面体比为40m2/m3时,电解90min后,氨氮浓度可以从2000mg/L降至247.51mg/L;该方法运用于高氨氮废水的脱氮处理具有较好的应用前景。关键词:电化学氧化;高氨氮废水;脱氮处理中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:16711556(2010)02005103犈狓狆犲狉犻犿犲狀狋犪犾犛狋狌犱狔狅狀狋犺犲犈犾犲犮狋狉狅犮犺犲犿犻犮犪犾犗狓犻犱犪狋犻狅狀狅犳狋犺犲犠犪狊狋犲狑犪狋犲狉狑犻狋犺犎犻犵犺犃犿犿狅狀犻犪犖犻狋狉狅犵犲狀LUJian1,ZHANGYong1,WUMengmeng2,ZHANGXin2,WANGHao2(1.犅犲犻犼犻狀犵犎狌犪犻狉狅狌犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犘狉狅狋犲犮狋犻狅狀犅狌狉犲犪狌,犅犲犻犼犻狀犵101400,犆犺犻狀犪;2.犅犲犻犼犻狀犵犛犻狀狅狉犻犮犺犲狀犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犘狉狅狋犲犮狋犻狅狀犆狅.,犔狋犱.,犅犲犻犼犻狀犵100083,犆犺犻狀犪)犃犫狊狋狉犪犮狋:Accordingtotheproblemthatthetraditionaltreatmentprocessesofwastewaterwithhighammonianitrogenleadstosecondarypollutionandrelativelyhigheffluentammonianitrogen,electrochemicaloxidationtechnologywasusedtoconductthetestonsimulatedwaterwithhighammonianitrogen.Theeffectofcurrentintensity,chlorideconcentrationandarea/volumerationonammoniaremovalwasinvestigated.Theammoniaconcentrationdecreasedfrom2000mg/Lto247.51mg/Lontheconditionthatcurrentintensitywas9A,molarratioofsodiumchloridedosing(NH3N/Cl-)1∶4,platedistance1cm,area/volumeration40m2/m3andreactiontime90min.Theresultsshowedthattheelectrochemicaloxidationtechnologyhasbetterapplicationprospectonammoniaremovaltreatmentofthewastewaterwithhighammonianitrogen.犓犲狔狑狅狉犱狊:electrochemicaloxidation;wastewaterwithhighammonianitrogen;ammoniaremovaltreatment0 引 言氮在溶液中以分子态氮、有机态氮、氨态氮、硝态氮、亚硝态氮及硫氰化物和氰化物等多种形式存在,而氨氮是最主要的存在形式之一。随着水质富营养化问题的日益严重以及人们对氮危害水环境质量认识的深入,废水处理中对氮的处理标准也日益严格。为此,如何经济、有效地去除废水中的高氨氮成为处理高浓度氨氮废水亟待解决的问题之一。国内外氨氮废水处理方法主要有吹脱法[1]、沸石脱氨法[2]、电渗析法[3]、膜分离法[4]、折点氯化法[5]、MAP沉淀法[6]、生物脱氨法[7]等,但这些工艺方法在技术和经济上仍存在不少问题,如有二次污染、出水氨氮值偏高等。鉴于此,笔者针对电化学技术具有运行成本低、效率高、不产生二次污染、设备简单,以及兼具氧化、气浮、絮凝、杀菌等作用,且已成为目前国内外研究较为活跃的领域[8]的这些特点,采用电化学氧化法通过试验对高氨氮废水进行了脱氮处理。第17卷 第2期2010年 3月 安全与环境工程SafetyandEnvironmentalEngineering Vol.17 No.2Mar. 2010收稿日期:20091022 修回日期:20091128作者简介:鲁 剑(1971—),男,工程师,主要从事环境监测与环境保护方面的研究与管理工作。Email:rl0301@163.com1 试验装置、用水与测试方法1.1 试验原理电化学氧化法是利用具有催化活性的电极氧化去除水中污染物的方法,包括污染物在电极上发生直接电化学反应和利用电极表面产生强氧化性活性物种使污染物发生氧化还原转变的间接电化学反应[9]。1.2 试验装置本试验装置如图1所示。电解槽采用1L的玻璃烧杯,电极板阳极采用Ti/RuO2IrO2,阴极采用不锈钢板,面积均为10cm×5cm,极板间距控制在1cm,电源使用MPS702直流电源(最大电压36V,最大电流30.7A)。图1 试验装置示意图Fig.1 Schematicdiagramofexperimentaldevice1.3 试验用水采用(NH4)2SO4、NaCl和去离子水配制成初始氨氮浓度为2000mg/L、初始氯离子浓度可调的电解质溶液作为试验用水。1.4 测试方法试验中氨氮的测定采用纳式试剂分光光度法,仪器为752N紫外可见分光光度计。2 试验结果与讨论2.1 不同电流强度对氨氮去除效果的影响用蒸馏水配水1L,使氨氮含量达到2000mg/L,投加NaCl,使NH+4N与NaCl的摩尔比为1∶5,在恒定电流的条件下,用一对10cm×5cm的电极板,电解90min,每15min取样测定,分别考察电流强度为6A、8A、9A、10A时的氨氮去除效果,其结果见图2,并找出达到理想处理效果的最佳电流。从图2可以看出:当电流强度为6A时,电解90min后,氨氮含量从2000mg/L降至1027.7mg/L,去除率为48.6%;电流强度为8A时,电解90min后,氨氮含量从2000mg/L降至587.4mg/L,去除率为71.1%;电流强度为9A时,电解90min后,氨氮2 0001 5001 000500001530456075906A8A9A10A/ (mgL)1-/ (min)图2 不同电流强度下氨氮的去除效果Fig.2 Effectofdifferentcurrentintensitiesonammoniaremoval含量从2000mg/L降至250.4mg/L,去除率为87.5%;电流强度为10A时,电解90min后,氨氮含量从2000mg/L降为6.9mg/L,去除率达到99.7%。由此可以得出,随着电流强度的增大,氨氮的去除率也随之提高。这是因为电流强度越大,电子在电极和废水中氨氮之间的转移速率越快,溶液中氧化性极强的H2O2和HO·自由基反应速率也越大,从而在水力停留时间内所产生的具有氧化作用的活性中间产物越多,氨氮的去除效果也越好;但随着电流强度的继续增大,吨水电耗随之增高,且通过改变后续试验条件,氨氮去除效果会有进一步提高。因此,综合考虑处理效果和能耗,选择电流强度为9A继续试验。2.2 不同氯离子浓度对氨氮去除效果的影响用蒸馏水配水1L,氨氮含量2000mg/L,电流强度控制在9A,改变投盐量,其他试验条件不变,研究投盐量变化对氨氮去除效果的影响,试验结果如图3所示。2 0001 5001 00050000153045607590NH-N/Cl=123NH-N/Cl=133NH-N/Cl=143NH-N/Cl=153/ (mgL)1-/ (min)图3 不同氯离子浓度下氨氮的去除效果Fig.3 Effectofdifferentchlorideconcentrationsonammoniaremoval从图3可以看出:当投加氯化钠的摩尔比(NH3N/Cl-)分别为1∶2、1∶3、1∶4、1∶5时,电解90min后,氨氮的出水浓度分别为764.27mg/L、425.23mg/L、146.08mg/L、250.43mg/L,25 安全与环境工程 第17卷由此可以确定,溶液中的氯离子在电化学氧化去除氨氮的过程中起着一定的作用;随着氯离子浓度的增加,氨氮的去除率提高很明显,但是在投加氯化钠的摩尔比(NH3N/Cl-)为1∶5时,氨氮的去除效果反而比摩尔比为1∶4时略差。这是因为:溶液中的C1-在极板阳极被氧化后会引发一系列的反应,生成大量活性中间产物,如氯气、次氯酸或者次氯酸根等,这些物质均对氨氮有氧化作用;但是随着氯离子浓度的进一步增大,产生的活性氯物质没有完全用于氧化氨氮,而可能产生其他的副反应,从而氨氮的去除率不能继续提高。因此,确定氯化钠的最佳投加摩尔比(NH3N/Cl-)为1∶4。2.3 不同面体比对氨氮去除效果的影响用蒸馏水配水1L,氨氮含量2000mg/L,电流强度控制在9A,投加氯化钠的摩尔比(NH3N/Cl-)为1∶4,分别采用一对和两对电极板,极板面积均为10cm×5cm,分别控制面体比为20m2/m3、40m2/m3,极板间距为1cm,电解90min,每15min取样测定,试验结果如图4和图5所示。2 0001 5001 0005000015304560759020 m/m230 m/m234/ (mgL)-1/ min图4 不同面体比条件下氨氮的去除效果Fig.4 Effectofdifferentarea/volumerationsonammoniaremoval8.007.006.005.004.003.00015304560759020 m/m230 m/m234/ min/ (V)图5 不同面体比、相同电流强度下电解槽电压的变化Fig.5 Variationofvoltagewiththesamecurrentintensitybutdifferentarea/volumerations从图4可以看出:在相同的电流强度下,面体比为20m2/m3和40m2/m3时,氨氮的去除效果基本相同,电解90min后出水氨氮的浓度分别为146.08mg/L和247.51mg/L。而图5显示:面体比为40m2/m3时电解槽电压基本维持在6.5V左右,而面体比为40m2/m3时电解槽电压则基本维持在4.5V左右。这是因为:相同的电流强度,在面体比较大的情况下,电流密度较小,由于极板并联连接,所以电解槽电压较小。因此,综合考虑处理效果和能耗,选择面体比为40m2/m3较为合适。3 结论(1)电化学氧化法可用于高氨氮废水的脱氮处理,在电流强度为9A、投加氯化钠摩尔比(NH3N/Cl-)为1∶4、极板间距为1cm、面体比为40m2/m3时,电解90min后,氨氮浓度可以从2000mg/L降至247.51mg/L。(2)电流强度、氯离子浓度、面体比对电化学氧化法处理氨氮废水的处理效果具有重要影响。随着电流强度的增大,氨氮的去除率随之提高,但是当电流强度增至一定程度后,氨氮去除率的增长趋势逐渐缓慢,吨水电耗也随之增高,需综合考虑处理效果和能耗选择合适的电流强度;随着氯离子浓度的增加,氨氮的去除率提高很明显,但是在氯化钠的量达到一定程度后继续投加,氨氮的去除效果基本保持不变;在相同的电流强度下,适当改变面体比,氨氮去除率变化不明显,但是电解槽电压变化却比较显著。参考文献:[1]陈雅红,陈艳玲,徐秡,等.特高浓度氨氮废水吹脱复合氧化处理技术研究[J].宝鸡文理学院学报(自然科学版),2007,27(4):2