電催化氧化法在含氨氮廢水處理中的應(yīng)用

薛磊+胡睦周

摘 要：電催化氧化法屬于高級氧化法，對含氨氮廢水處理具有良好的作用。本文主要分析了電催化氧化法在含氨氮廢水處理中的應(yīng)用，以期提高廢水處理工藝。

關(guān)鍵詞：電催化氧化法；含氨氮廢水；處理

中圖分類號：X524 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

高級氧化法是指利用某種手段，致使羥基自由基（·HO）中間體由氧化體系中產(chǎn)生，并與有機(jī)物產(chǎn)生反應(yīng)，生成有機(jī)過氧化自由基或有機(jī)自由基，繼續(xù)反應(yīng)，直至達(dá)到分解有機(jī)物的目的。而電催化氧化法能夠大幅提高羥基自由基的反應(yīng)速率，并且?guī)缀跄軌蚍纸馑杏袡C(jī)物，穩(wěn)定性強(qiáng)，并廣泛地應(yīng)用。本文主要研究了含氨氮廢水使用電催化氧化法的可行性，報(bào)告如下。

一、含氨氮廢水使用電催化氧化法的機(jī)理

如圖1所示，電催化氧化（ECO）法的機(jī)理是利用催化材料和電極的相互作用產(chǎn)生活性基團(tuán)，如H2O2、超氧自由基（·O2）、羥基自由基（·OH），用這些活性基團(tuán)來分解污染物的方式。并且在Cl-存在溶液的前提下，就表示很有可能同樣存在氧化劑HClO-、Cl2、及ClO-等，這些氧化劑對污染分解的能力十分強(qiáng)。

電催化氧化法對廢水中的氨氮的處理主要是通過陽極氧化性氧化氨氮，可以是間接也可以是直接的方式，無論哪一種方式，對氨氮的去除率都是非常高的。當(dāng)然利用電催化氧化法處理含氨氮廢水，其劣勢為耗電量過大。其優(yōu)勢為氧化還原劑自主生成，不需要添加；擁有較高的自動(dòng)化，操作方式簡單方便；使用條件簡單，常溫常壓就可；能量效率較高，效果好；可減少二次污染；反應(yīng)條件相對溫和。

二、試驗(yàn)部分

（一）試驗(yàn)裝備

本次試驗(yàn)中所用的裝置如圖2所示，共有20L的有效容積，廢水循環(huán)在3、4之間，且保持每小時(shí)10L的進(jìn)水流量，并用流量計(jì)進(jìn)行流量控制。

（二）試驗(yàn)過程

試驗(yàn)?zāi)康模鶕?jù)廢水中含氨氮的特點(diǎn)，研究使用電催化氧化法消除氨氮的條件。試驗(yàn)程序，選取一些由生產(chǎn)車間所排放的含氨氮的廢水，該廢水中有1500mg/L氨氮含量，將其進(jìn)行一定程度的稀釋之后用作試驗(yàn)水，利用電壓和氧化電流的變動(dòng)，氧化時(shí)間的控制，對進(jìn)水中所存在的氯離子含量進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)氨氮的去除。

三、結(jié)果和討論

（一）氯離子含量對氨氮去除的影響

稀釋含氨氮的廢水后，其濃度為340mg/L～450mg/L之間，電壓和電流、氧化時(shí)間為不變條件，電壓固定在5.0V，電流固定在80A，90min的氧化時(shí)間，8.1的pH，通過控制進(jìn)水中氯離子的含量來判斷不同氯離子濃度對氨氮去除率的影響，

當(dāng)有0.5g/L的氯離子濃度時(shí)，大約有60%～70%的去除效率，并且反應(yīng)過后，廢水中氨氮的殘留濃度約為100mg/L～ 130mg/L。

當(dāng)有1.0g/L的氯離子濃度時(shí)，大約有70%～80%的去除效率，并且反應(yīng)過后，廢水中氨氮的殘留濃度約為80mg/L～ 110mg/L。

當(dāng)有1.5g/L的氯離子濃度時(shí)，大約有大于92%的去除效率，并且反應(yīng)過后，廢水中氨氮的殘留濃度在30mg/L以下。

由此可看出，氯離子對于氨氮的氧化具有很好的效果，含量越高，氧化能力越強(qiáng)，而當(dāng)廢水中的氯離子含量達(dá)到1.5g/L時(shí)，氧化效果最好。

（二）進(jìn)水濃度對氨氮去除效率的影響

稀釋含氨氮的廢水后，電壓和電流、氧化時(shí)間為不變條件，電壓固定在5.0V，電流固定在80A，90min的氧化時(shí)間。7.9的pH，控制進(jìn)水中的氯離子含量在0.5g/L以下。通過控制進(jìn)水中氨氮濃度來判斷氨氮濃度對氨氮去除率的影響，

當(dāng)有400mg/L左右的進(jìn)水氨氮濃度時(shí)，大約有大于85%的去除效率。當(dāng)有60mg/L以下的出水氨氮含量時(shí)，相應(yīng)地增加進(jìn)水中氨氮的含量，這時(shí)有100mg/L以上的殘留氨氮含量。所以選取的試驗(yàn)進(jìn)水要保證400mg/L以下的氨氮含量。

（三）氧化時(shí)間對氨氮去除效率的影響

稀釋含氨氮的廢水后，試驗(yàn)用水中的氨氮含量在329.28mg/L，電壓和電流、氧化時(shí)間為不變條件，電壓固定在5.0V，電流固定在80A，控制進(jìn)水中的氯離子含量在 0.5g/L以下，8.2的pH。通過調(diào)整時(shí)間判斷時(shí)間對氨氮去除率的影響。

當(dāng)有90min以上的氧化時(shí)間時(shí)，大約有大于80%的去除效率，并且反應(yīng)過后，廢水中氨氮的殘留濃度在65mg/L以下。之后，在增加氧化時(shí)間，去除效率的提升效果就不明顯了。再加上延長氧化時(shí)間就意味著耗電量的增加，也就是成本的增加，綜合考慮之下，確定90min為最佳氧化時(shí)間。

四、工業(yè)設(shè)計(jì)方案

有上述實(shí)驗(yàn)可知，要想讓電催化氧化法在含氨氮廢水處理中更好地發(fā)揮作用，要保證進(jìn)水中的氨氮含量在 400mg/L，將進(jìn)水中的氯離子含量控制在1.5g/L，保證90min的氧化時(shí)間，如此可保證95%以上的去除率，小于30mg/L的殘留氨氮。根據(jù)實(shí)驗(yàn)廢水來源中 1500mg/L～2000mg/L的氨氮含量，7～8的pH，設(shè)計(jì)方案如下。

首先是將廢水中氨氮的80%去除，可以使用兩級吹脫法，電催化氧化法處理剩余的氨氮。當(dāng)然，在吹脫后利用稀鹽酸吸收氨氮，放回氧化池，是氯離子的含量上升，這種方式可以節(jié)約成本。整個(gè)過程可分為五步，調(diào)節(jié)pH、調(diào)節(jié)溫度、吹脫、吸收、氧化。調(diào)節(jié)PH，用NaOH調(diào)節(jié)廢水pH至11～12。溫度調(diào)節(jié)，主要是讓廢水升溫，使其溫度高于30℃，方式是飽和蒸汽。吹脫，吹脫法主要用作氨氮的去除，使氨氮的含量降低。氨氮吸收，則是指將吹脫出的氨氮用稀鹽酸進(jìn)行吸收，并將其放入氧化池再次利用。氧化，將吹脫后留下的氨氮用電催化氧化法氧化去除，使其能夠安全排放。

結(jié)語

綜上所述，本文選用部分生產(chǎn)車間所排放的含氨氮廢水，以此來研究含氨氮廢水使用電催化氧化法處理的效果，結(jié)果顯示，最好的條件就是，要保證進(jìn)水中的氨氮含量在400mg/L，將進(jìn)水中的氯離子含量控制在1.5g/L，保證90min的氧化時(shí)間，如此可保證95%以上的去除率，小于30mg/L的殘留氨氮。以此為基礎(chǔ)并結(jié)合廢水的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了一套方案。

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