电化学技术用于污水脱氮除磷研究进展PPT优质课件
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• 范经华[29]等人研究了以多孔钛板负载钯- 铜（质量 比4:1）合金作为阴极通过电化学还原脱除饮用水中 的硝酸盐氮，结果表明，电催化反硝化的主要产物 为氮气，钯- 铜合金的电催化活性可达到16.69 mg·g1·h-1，选择性可达96.9%，在低硝酸盐氮浓度下,电 催化反硝化反应符合表观一级反应动力学，高浓度 时符合零级反应动力学，当槽电压或电流强度增加 到一定程度时，阴极生成氨氮的副反应显著增加， 中性条件下电催化反硝化的活性和选择性都能达到 较好的效果，酸性条件下反应活性增加但选择性降 低，溶液中的传质对反硝化没有显著影响，溶液中 存在的其它阴离子对反硝化不利。
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• 2.2 电化学除磷技术 • 电絮凝技术用于污水中磷的去除在国内外已经有一定的研究，
但相对于电化学脱氮，相关的文献报道要少很多。冯爽等人[33] 研究了利用铁电极去除城市污水2 级处理出水中的磷，结果表 明，电絮凝除磷为零级反应，电解7 min 后模拟污水中磷的去除 率就可以达到70%左右。rdemez 等人系统得研究了初始pH、电 流密度、磷浓度等操作条件对铝电极或铁电极电絮凝去除污水 中磷的影响[8,34-35]，发现随着电流密度的增加，对于两种电 极其相应的除磷效率和除磷速度都增加，但同时能耗也随之增 加；对于铁电极电絮凝除磷工艺，较佳的pH 为7.0，除磷效率 随着磷浓度的增加而下降；对于不同磷浓度的模拟污水，使用 铝电极时，当电流密度为一定值时，几乎都可得到100%的磷去 除率；根据研究结果，一般认为铝电极比铁电极能够更加有效 得去除污水中的磷。Bektas等人[7]研究了在电流密度为2.5～10 mA·cm-2，水力停留时间为5～20 min 的条件下，铝电极对磷质 量浓度10～200 mg·L-1 的模拟污水的净化效果，结果表明去除 率几乎可以全部达到80%以上。
电化学技术用于污水 脱氮除磷的研究进展
污水电化学脱氮除磷技术由于具有 高效、安全、避免了化学物质的直接投加、 无需使用微生物、反应速度快、容易操作、 容易实现自控等优点，因而逐渐得到人们 的重视和应用。
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1 电化学脱氮除磷技术的原理
1.1 电化学脱氮技术 污水中的氮以有机氮和无机氮的形式存在于水
溶液中，有机氮可以分为以溶解形式存在的有机氮 （如尿素、氨基酸等） 和非溶解形式存在的有机氮 （污水中的含有机氮悬浮颗粒物等），无机氮又可 以分为铵离子、硝酸盐、亚硝酸盐、溶于水的氨气 和氮氧化合物等，且上述各种形态的氮在一定条件 下，可以在水溶液中相互转化，因而利用电化学技 术去除污水中的氮时，情况比较复杂。虽然有机氮 也可以通过电絮凝技术或电极表面的吸附作用得到 一定的去除，但通常所指的电化学脱氮技术是指利 用电化学氧化去除污水中的氨氮（铵离子、氨水、 溶于水的氨气）和电化学还原去除污水中的硝酸盐、 亚硝酸盐等无机氮。
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• 1.2 电絮凝除磷技术 通常水中的磷以无机态的形式存在为主，当采
用电絮凝技术除磷时，其原理是利用铁、铝等阳极 材料在电解时生成的金属阳离子或其水合物与水中 的磷酸盐形成沉淀而去除污水中的磷，在电絮凝过 程中其原理如下： 铝电极电絮凝除磷：
2Al→2Al3++6e， 2Al3++6H2O→2Al(OH)3+6H+； 铁电极电絮凝除磷：
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• 利用电化学方法还原污水中的硝酸盐而将其去除的研究 相对电化学氧化去除氨氮较少，但是由于电化学反硝化 比起生物法反硝化具有无需添加碳源、容易操作等优点， 因而已经引起人们的关注。
• Katsounaros[26]等人研究了利用锡电极还原去除浓度为 0.1 mol·L-1 K2SO4和0.05 mol·L-1 KNO3混合溶液中的硝酸 盐氮，结果表明，当相对电压（以饱和Ag/AgCl 为参考） 控制在-2.9 V 时，可以获得0.206mmol·min-1·cm-2 的硝 酸盐氮去除速率，产生的气体中氮气占了92%。Dash[27] 等人研究了电化学反硝化去除地下水中硝酸盐，发现利 用铁电极、铝电极和钛电极能够得到70%～97%的硝酸 盐氮去除率，且只有钛电极能将硝酸盐转换成以氮气为 主的产物而不是以氨气为主，利用石墨电极则只能得到 8%的硝酸盐氮去除率。Polatides[28]等人的研究则发现 利用脉冲电流，能够有效提高污水中硝酸盐还原生成氮 气的选择性，而减少NO2- 和NH3这些副产物的生成。
4Fe→4Fe2++8e， 4Fe2++10H2O+O2→4Fe (OH)3+8H+
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2 电化学技术用于污水脱氮除磷的研究
• 2.1 电化学脱氮技术 电化学脱氮技术以电化学氧化去除污水中的氨氮研究得较多，而
电化学还原去除水中的硝酸盐、亚硝酸盐则研究得相对较少。 电化学氧化去除污水中氨氮的方法自从20 世纪80 年代得到人们
重视以来，已经广泛应用于垃圾渗滤液、化肥厂废水、养猪场废水、 石化废水等污水中氨氮的去除。如Kim[9]等人研究了pH、氯离子浓度、 初始氨氮浓度、电流密度、反应器中有无离子选择性透过膜等因素对 IrO2和RuO2和Pt 分别修饰的3 种不同钛电极材料电化学氧化去除模拟 污水中氨氮的影响（氨氮浓度为1.0 mol·L-1），结果表明，无论是在 酸性或碱性条件下，IrO2和RuO2修饰电极去除氨氮的性能要强于Pt 修 饰电极；在80 mA·cm-2的电流密度下氨氮的去除率最高，高于该值则 氨氮吸附于电极上的Fra Baidu bibliotek程被溶液中的离子所阻碍而引起去除率下降； 随着溶液中氯离子浓度的增加，氨氮的去除率提高，当氯离子的质量 浓度高于10 g·L-1 时，由于氯离子浓度的提高而引起的氨氮去除率的 提高就非常有限；
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• 李伟东[5]等人利用电化学氧化技术处理垃圾渗滤液，在极板间 距为1.0 cm，电流密度为10 A·dm-2 的条件下，对中等浓度垃圾 渗滤液中的氨氮去除率达到97.3%。林海波[18]等人研究了利用 流动式电解槽中氨氮的去除规律，发现当电流密度为50 mA·cm2、体积流量为50mL·min-1 时，氨氮去除速率常数为38.9×10-6 g·L-1·m-1·s-1，去除1 kg 氨氮的能耗为55.7 kWh；此外林海波等 人还利用电化学氧化法处理化肥厂外排废水[19]，在外排废水 流量为75 mL·min-1，电流密度为10 mA·cm-2 的条件下电解70 min 后，出水的氨氮质量浓度从22.3 mg·L-1 稳定到0 mg·L-1。王 鹏[20]等人利用电化学氧化脱氮技术处理UASB 厌氧工艺垃圾渗 滤液处理出水中的氨氮，发现在外加Cl- 质量浓度为2 000 mg·L-1, 电流密度为32.3 mA·cm-2 的条件下，经6 h 的电解间接氧化，对 质量浓度为2 000 mg·L-1 以下的氨氮去除率可以达到100%。此 外，还有一些关于电化学氧化去除垃圾渗滤液或高浓度有机废 水中氨氮的研究报道[21-25]，结果都比较令人满意。
• 范经华[29]等人研究了以多孔钛板负载钯- 铜（质量 比4:1）合金作为阴极通过电化学还原脱除饮用水中 的硝酸盐氮，结果表明，电催化反硝化的主要产物 为氮气，钯- 铜合金的电催化活性可达到16.69 mg·g1·h-1，选择性可达96.9%，在低硝酸盐氮浓度下,电 催化反硝化反应符合表观一级反应动力学，高浓度 时符合零级反应动力学，当槽电压或电流强度增加 到一定程度时，阴极生成氨氮的副反应显著增加， 中性条件下电催化反硝化的活性和选择性都能达到 较好的效果，酸性条件下反应活性增加但选择性降 低，溶液中的传质对反硝化没有显著影响，溶液中 存在的其它阴离子对反硝化不利。
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• 2.2 电化学除磷技术 • 电絮凝技术用于污水中磷的去除在国内外已经有一定的研究，
但相对于电化学脱氮，相关的文献报道要少很多。冯爽等人[33] 研究了利用铁电极去除城市污水2 级处理出水中的磷，结果表 明，电絮凝除磷为零级反应，电解7 min 后模拟污水中磷的去除 率就可以达到70%左右。rdemez 等人系统得研究了初始pH、电 流密度、磷浓度等操作条件对铝电极或铁电极电絮凝去除污水 中磷的影响[8,34-35]，发现随着电流密度的增加，对于两种电 极其相应的除磷效率和除磷速度都增加，但同时能耗也随之增 加；对于铁电极电絮凝除磷工艺，较佳的pH 为7.0，除磷效率 随着磷浓度的增加而下降；对于不同磷浓度的模拟污水，使用 铝电极时，当电流密度为一定值时，几乎都可得到100%的磷去 除率；根据研究结果，一般认为铝电极比铁电极能够更加有效 得去除污水中的磷。Bektas等人[7]研究了在电流密度为2.5～10 mA·cm-2，水力停留时间为5～20 min 的条件下，铝电极对磷质 量浓度10～200 mg·L-1 的模拟污水的净化效果，结果表明去除 率几乎可以全部达到80%以上。
电化学技术用于污水 脱氮除磷的研究进展
污水电化学脱氮除磷技术由于具有 高效、安全、避免了化学物质的直接投加、 无需使用微生物、反应速度快、容易操作、 容易实现自控等优点，因而逐渐得到人们 的重视和应用。
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1 电化学脱氮除磷技术的原理
1.1 电化学脱氮技术 污水中的氮以有机氮和无机氮的形式存在于水
溶液中，有机氮可以分为以溶解形式存在的有机氮 （如尿素、氨基酸等） 和非溶解形式存在的有机氮 （污水中的含有机氮悬浮颗粒物等），无机氮又可 以分为铵离子、硝酸盐、亚硝酸盐、溶于水的氨气 和氮氧化合物等，且上述各种形态的氮在一定条件 下，可以在水溶液中相互转化，因而利用电化学技 术去除污水中的氮时，情况比较复杂。虽然有机氮 也可以通过电絮凝技术或电极表面的吸附作用得到 一定的去除，但通常所指的电化学脱氮技术是指利 用电化学氧化去除污水中的氨氮（铵离子、氨水、 溶于水的氨气）和电化学还原去除污水中的硝酸盐、 亚硝酸盐等无机氮。
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• 1.2 电絮凝除磷技术 通常水中的磷以无机态的形式存在为主，当采
用电絮凝技术除磷时，其原理是利用铁、铝等阳极 材料在电解时生成的金属阳离子或其水合物与水中 的磷酸盐形成沉淀而去除污水中的磷，在电絮凝过 程中其原理如下： 铝电极电絮凝除磷：
2Al→2Al3++6e， 2Al3++6H2O→2Al(OH)3+6H+； 铁电极电絮凝除磷：
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• 利用电化学方法还原污水中的硝酸盐而将其去除的研究 相对电化学氧化去除氨氮较少，但是由于电化学反硝化 比起生物法反硝化具有无需添加碳源、容易操作等优点， 因而已经引起人们的关注。
• Katsounaros[26]等人研究了利用锡电极还原去除浓度为 0.1 mol·L-1 K2SO4和0.05 mol·L-1 KNO3混合溶液中的硝酸 盐氮，结果表明，当相对电压（以饱和Ag/AgCl 为参考） 控制在-2.9 V 时，可以获得0.206mmol·min-1·cm-2 的硝 酸盐氮去除速率，产生的气体中氮气占了92%。Dash[27] 等人研究了电化学反硝化去除地下水中硝酸盐，发现利 用铁电极、铝电极和钛电极能够得到70%～97%的硝酸 盐氮去除率，且只有钛电极能将硝酸盐转换成以氮气为 主的产物而不是以氨气为主，利用石墨电极则只能得到 8%的硝酸盐氮去除率。Polatides[28]等人的研究则发现 利用脉冲电流，能够有效提高污水中硝酸盐还原生成氮 气的选择性，而减少NO2- 和NH3这些副产物的生成。
4Fe→4Fe2++8e， 4Fe2++10H2O+O2→4Fe (OH)3+8H+
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2 电化学技术用于污水脱氮除磷的研究
• 2.1 电化学脱氮技术 电化学脱氮技术以电化学氧化去除污水中的氨氮研究得较多，而
电化学还原去除水中的硝酸盐、亚硝酸盐则研究得相对较少。 电化学氧化去除污水中氨氮的方法自从20 世纪80 年代得到人们
重视以来，已经广泛应用于垃圾渗滤液、化肥厂废水、养猪场废水、 石化废水等污水中氨氮的去除。如Kim[9]等人研究了pH、氯离子浓度、 初始氨氮浓度、电流密度、反应器中有无离子选择性透过膜等因素对 IrO2和RuO2和Pt 分别修饰的3 种不同钛电极材料电化学氧化去除模拟 污水中氨氮的影响（氨氮浓度为1.0 mol·L-1），结果表明，无论是在 酸性或碱性条件下，IrO2和RuO2修饰电极去除氨氮的性能要强于Pt 修 饰电极；在80 mA·cm-2的电流密度下氨氮的去除率最高，高于该值则 氨氮吸附于电极上的Fra Baidu bibliotek程被溶液中的离子所阻碍而引起去除率下降； 随着溶液中氯离子浓度的增加，氨氮的去除率提高，当氯离子的质量 浓度高于10 g·L-1 时，由于氯离子浓度的提高而引起的氨氮去除率的 提高就非常有限；
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• 李伟东[5]等人利用电化学氧化技术处理垃圾渗滤液，在极板间 距为1.0 cm，电流密度为10 A·dm-2 的条件下，对中等浓度垃圾 渗滤液中的氨氮去除率达到97.3%。林海波[18]等人研究了利用 流动式电解槽中氨氮的去除规律，发现当电流密度为50 mA·cm2、体积流量为50mL·min-1 时，氨氮去除速率常数为38.9×10-6 g·L-1·m-1·s-1，去除1 kg 氨氮的能耗为55.7 kWh；此外林海波等 人还利用电化学氧化法处理化肥厂外排废水[19]，在外排废水 流量为75 mL·min-1，电流密度为10 mA·cm-2 的条件下电解70 min 后，出水的氨氮质量浓度从22.3 mg·L-1 稳定到0 mg·L-1。王 鹏[20]等人利用电化学氧化脱氮技术处理UASB 厌氧工艺垃圾渗 滤液处理出水中的氨氮，发现在外加Cl- 质量浓度为2 000 mg·L-1, 电流密度为32.3 mA·cm-2 的条件下，经6 h 的电解间接氧化，对 质量浓度为2 000 mg·L-1 以下的氨氮去除率可以达到100%。此 外，还有一些关于电化学氧化去除垃圾渗滤液或高浓度有机废 水中氨氮的研究报道[21-25]，结果都比较令人满意。