(参考资料)电解法去除高浓度氨氮废水工艺研究

基金项 目：北京市大学生科学研究与创业行 动计 划项 目、中国矿业大学 （北京 ）大学生创新性 实验计 划项 目 （０８２１１） 收稿 日期 ：２００９—０６—１４ 作者简介 ：贾建丽 （１９７７一 ），女 ，博士 ，讲 师 ，主要研 究方向为 污染场地修 复、分子生 态学。
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九江学 院学报
试 验装 置 为 自制 电解 系统 Ｊ，主 要 组 成 部 分 包括 ：① 电 源 ：可 恒 定 电压 与 电 流 （ＭＰＳ，北 京 无 线 电仪 器 厂 ）；② 电 解 槽 ；③ 电 极 板 ：阳 极 为 Ｔｉ／ＲｕＯ 一ＩｒＯ ，阴极 为 钢 板 。其 中 电 极 板 材 料 根 据 高氨 氮废 水 特 点 选 取 ，钛 基 板 上 涂覆 氧 化 物 的 不溶 性 阳极 的 出 现 ，为 开 发 污 水 电解 处 理 技 术 提 供 了新 思路 。该 电极 除 了具 有 优 良的氧 析 出 电催 化 活性 外 ，不 能在析 氧体 系 中保 持 很 高 的稳 定 性 ， 并 且 电极本 身不 会造 成 二次 污染 。综 合 材 料价 格 ， 本 研 究 环境下 只 有铅 、钌 可 作 为理 想 的基 体 材 料 。 钌熔点高 、密度小 、拉伸强度高 ，且耐腐蚀性 能 和机 械 加 工 性 能 良好 。 除此 之外 ，钌 还 是 典 型 的 阀金属 ，即单 向导 电性 ，使其 作 为 阴极 时导 电，
２．３极板数 量对氨 氮 去除效 果 的影 响
除了电流密度和 ｃＩ 浓度 会影响氨氮的电解
去 除效 率 外 ，极 板 数量 也 是 重 要 的影 响 因素 。为
考察其在高浓度氨氮废水 电解 处理 中的作用，本
研究选 取 １对 极 板 和 ２对 极 板 进 行 对 此 ，结 果 如
图 ４所 示 。
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电流进行 电解 实 验 以优化 电流 对氨 氮 去 除 效 果 的 褂
影 响 。实 验结果 如 图 １所 示 。
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图 １ 不 ｌ司电 流 密度 氨 氮 去 除 速率

大 、成 本 高 等 问 题 ，可有 效 的 减 少 冶 炼 、化 工 和 农 药废 水 中氨 氮 的排放 ，达 到 节能 减排 的 目的。 １ 实验 材料 与方 法 １．１试 验材 料 与 电解 系 统
试 验用 水 为 模 拟 生 产 生 活产 生 的 约 ２００ｍｇ／Ｌ 的高氨 氮 废 水 ，由去 离 子 水 加 （ＮＨ ）：ＳＯ。配 制 ， 加 ＮａＣ１调 节 Ｃｌ 浓 度 ，电解 时 间为 ９０ｍｉｎ。重 点 考 察 电流 、面体 比 （极 板数 ）、氯离 子浓 度 等对 氨 的去 除率 的 影 响 ，优 化 出最 佳 的高 浓 度 氨 氮废 水 处 理工 艺 与参数 。
通 过 以上 对 电流 密 度 、Ｃ１ 浓 度 和 极 板 对 数 等 参数 对 于 高 氨 氮 废 水 电解 处 理 的影 响 的讨 论 ， 综合 以上 参 数对 高 氨 氮废 水 的 电解 处 理 工 艺 参 数
进行 比选 ，结果 如 图 ５所示 。同 时 应 考 虑 电耗 等
指标 ，结果如 表 １所示 。
贾建 丽 ，等 ：电解 法去除高浓 度氨氮废水工艺研究
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时 间 （Ｍ ｉｎ） ＋ ｌ对 极 板 —ｘ一２对 极 板
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图 ４ 极板数量对氨氮去除效果 的影响
由图 ４可 知 ，２对 极板 的氨氮去 除速 率要 优 于 １对极板 ，对于不 同的 电解 时 间 而 言 ，１５ｍｉｎ时氨
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体在反 应过程 中对 氨氮去 除效 果 的影 响 。选 取 ９Ａ 电流进行高浓度氨氮废水 电解实验 ，改变 Ｃｌ 浓
度 （ＮＨ 与 Ｃｌ 的摩 尔 比），对 不 同 时 间 的氨 氮 浓度进行测定 ，实验结果如图 ２所示 。针对 不同
的 Ｃｌ 浓度 ，不 同 电流 密度 下 的 氨 氮 ９０ｍｉｎ去 除
由图 １可 知 ，在极 板两端 加 ６Ａ电流时 氨氮 去
除速 率 最 慢 ，９０ｍｉｎ去 除 率 仅 为 ４６．９７％ ， 而加 １０Ａ电流 ９０ｍｉｎ的去 除率则 最高 可达 ９９．６５％ ，其
它 电流密 度 的 氨氮 去 除 率则 居 中。综合 考 虑 氨 氮 去 除率和 电耗 ，７—９Ａ 电流处 理 效果 良好 且 能耗
７８．７％ 。可见 ，当 Ｎｉｌ； 与 Ｃｌ 的摩 尔 比 为 ｌ：４
时较 １：３情况 下氨 氮去 除率提 高 了 １８％ ，而当 投 药时继 续增 加 ，即 ＮＨ 与 Ｃｌ 的摩 尔 比为 １：５
时氨氮 去除 率 反 面有 所 下 降 。扩 展 到 其 它 电流 密
度条件 （见 图３），最高的氨氮去除率依 旧出现在
较低 ，综 合性 能最 优 ，故后 续 实 验选 取 ７～９Ａ 电
流强 度下 考察 ｃｌ一浓 度及 极板 数 等参 数对 氨 氮 电 解处理效 果 的影 响 。
２．２ ｃｌ 浓度对氨氮去除效果 的影响
在 其 它试验 条 件 相 同 的情 况 下 ，分 别 投 加 不 同质量 ＮａＣＩ改变 ｃｌ 浓度 ，考察氯离子作为中间
２００９年第 ６期
而作 为 阳极 是不 导 电 ，从 而保 证 其 作 为 金属 氧化 率 如 图 ３所 示 。
物 涂层 电极 材料 的功能发 挥 。
１．２实验方 法
氨 氮测定 采 用 纳 氏分 光 光 度法 ，Ｃｌ一采 用 硝
酸银滴 定法测 定 。主要 测 试 仪器 包 括 ：ｕＶ 一２１００ 邑
（中国矿业大学 （北京）化学与环境Ｙ－程学院 北京 １０００８３）
摘 要 ：本 文采 用 电解技 术对 高 浓度 氨 氮废 水进行 处 理研 究 ，考 察 电化 学方 法 对废 水 中 高浓度氨氮的去除效果 ，并优化其工艺参数 。结果表明，电流密度、ｃｌ 浓度、极板对数 等均 对 高浓度氨 氮的 电解 处理 效 率有 直接 影 响 ；综合 考 虑 电耗 、投 加 Ｃｌ 量 等 经 济 因素 和 处理 效果 ，其优 化 工艺参 数 为 ８Ａ电流 、ＮＨ 与 ｃｌ 的摩 尔比为 １：４、２对 极 板 ；此 条件 下氨 氮 的 ９０ｍｉｎ去除 率为 ８１．５％ ，电耗 为 ６３．６度 。
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图 ２ Ｃｌ 浓度对氨 氮去 除效 果的影响
２．１电流对 高浓度 氨氮废水 处理效果 影 响
选 用 １０×２５ｅｍ 极板 ，板 间距 １．０ｃｍ，１对 极
＾
板 ，（ＮＨ３一Ｎ）：Ｃ１一＝１：５ （ｃ／ｃ），以不 同梯 度
氮去除率 ２对极板仅提高 ８％，３０ｍｉｎ为 １２％，
６０ｍｉｎ增 加 到 ３０％ ，９０ｍｉｎ的氨 氮去 除率则 提 高 了
３７％ 。可 见 ，随着 电解 过 程 的进 行 ，增 加 极 板 数 量带 来 的氨 氮去 除速率 的提高更 为 明显 。 ２．４高 氨氮废 水 电解处 理工 艺参 数综 合 比选
由图 ５可知 ，对 比不 同 的电解 处 理 工艺 参 数 ， 以 ＮＨ４ 与 Ｃｌ 的摩 尔 比为 １：４、电流 密度 ９Ａ、１ 对 电极 情 况 下 的 氨 去 除率 为 最 高 ，可 达 ９７．７％ ， 此 时 的 电耗 为 ８６．４度 ，处 于 各 处 理 工艺 中 电耗很 高 的水 平 。而 纵 观 不 同 电流 密 度 工 艺 条 件 下 的 电 耗水 平 ，８Ａ时各工 艺 电耗适 中 ，且 氨氮 处 理 效 果 也 较好 ，因此 选 择 ８Ａ 电流 、ＮＨ４ 与 Ｃｌ 的摩 尔 比为 １：４、２对 极 板 工 艺 参 数 进 行 优 化 与 验 证 实 验 ，结 果 如 图 ６所示 。
紫外可 见分光 光 度计 （尤 尼柯 （上 海 ） 仪 器 有 限
蛏 憾
公司）；ＤＤＳ一１１Ａ电导率测定 仪 （上海康仪仪器 撅
有限公 司 ）；ＢＴ１２４Ｓ一电子 天平 （赛 多利 斯 科 学
仪器 （北 京 ） 有 限公 司 ）。主要 试 剂 包 括 酒 石 酸 钾钠 、纳 氏 试剂 、模 拟 配水 试剂 选 取 硫 酸 铵 ，试 剂 均为分 析纯 。 ２ 结果与讨 论
／￣ｒＩ；与 Ｃ 的摩 尔 比为 １：４时 ，当 电 流 密 度 为
８Ａ时 ，ＮＨ； 与 ＣＩ 的摩尔 比为 １：５和 １：４则 氨
氮去 除率相 当 。考 虑经 济 因素 ，则 对 于 高 浓 度 氨
氮废水 ，在本 研究 条 件下 ，ＮＨ 与 Ｃｌ 的摩 尔 比
为 １：４为 Ｃｌ 最佳浓 度 。
２００９年 第 ６期
Ｎｏ， ６， ２００９
九 江 学 院 学 报 Ｊｏｕｒ ｎａｌ ｏｆ ｊｉｕｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
（总第 １５５期 ） （Ｓｕｍ ＮＯ １５５）
电解 法 去 除 高 浓 度 氨 氮 废 水 工 艺 研 究
贾建丽 何 绪文 车 冉 刘 通 陈昊然
关 键词 ：电解 法 ；高浓度 氨 氮 ； 电流 密度 ；氯 离子 浓度 中 图分类 号 ：Ｘ ７０３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１６７３－４５８０（２００９）０６－００５３一 （ｏ４）
近 年 来 ，随 着 金 属 冶 炼 、化 肥 、 肉 类 加 工 、 农 药 和石 油 化 工 等 行 业 和农 业 的 发 展 ，大 量 的 高 浓度 氨氮 废 水 排入 水 体 ，导致 水 体 富 营 养 化 ，对 水 中鱼类 及 其 它 生 物 产生 致 命 毒 害 ，同 时 还 产 生 难 闻的气 味 和 致 癌 物 质 。另 外 ，氨 氮 氧 化 生 成 的 亚硝 酸盐 和硝 酸 盐 还 会 影 响 水 生 生 物 甚 至 人 类 的 健 康 。因此 ，针 对 我 国 大 量 的 高浓 度 氨 氮 废 水 开 发 研究 经济 高 效 的处 理 工 艺 及 设 备对 水 资 源 保 护 及 可持 续 发 展 具 有 重 要 意 义 。 目前 ，国 内外 高 浓 度 氨氮 废水 处 理方 法 主要 包 括 吹 脱 法 ¨Ｊ、折 点 加 氯 法 、生物 反 硝化 法 等 ，但 是 这 些 方 法 在 处 理 效 果 、经济 性 及 现 场应 用 等方 面存 在 不 同程 度 的 局 限性 ， 目前 还 没 有 一 种 能 够兼 顾 流 程 简 单 、投 资省 、技术 成 熟 、控 制 方 便 以及 无 二 次 污 染 的高 氨 氮处 理 方 法 。近 年 来 电 解 法 引起 了 越 来 越 多 研 究 者 的关 注 ，其 优 势 在 于 二 次 污染 物 的 减 量 ，易 于操作 ，远程控制 ，适应 面广 等。该法 能够 有效 的去除 氨氮 及 废 水 中 的其 他 污 染 物 。早 已有 国 内 外研 究人 员 肯定 了该 法 在复 杂 高 浓 度 氨 氮废 水 处 理方 面 的应 用 潜 力 ．４ Ｊ。但 是 它 同 时 也 存 在 电 耗 大 ，成本高等缺点 ，其应用 尚需针对关键 问题 进 行研究和攻关 。本研究则针对 电解法在处理 高氨 氮废水 中存在 的主要问题 ，着重解决 电解法 电耗
ｌ０
电流 密 度 （Ａ）
—
１： ５
—÷ ｌ： ４
—●ｒ＿＿１： ３
图 ３ 不 同 电流 密 度 时 氨 氮 ９０ｍｉｎ去 除 率
由图 ２可知在 ９Ａ 电流密 度 下 ，当 ＮＨ；与
Ｃｌ 的摩尔 比为 １：５、１：４和 １：３时 ，其 ９０ｍｉｎ
的 氨 氮 去 除 率 均 分 别 为 ８７．５％ 、９２．７％ 和