脫氮樹脂脫附液電化學處理與回用研究

姜筆存，談政焱，許 玲，戴祖明，司徒瑜霞

（1.南京環保產業創新中心有限公司，南京 211102；2.南京大學鹽城環保技術與工程研究院，江蘇 鹽城 224006）

脫氮樹脂吸附法是眾所周知的最佳硝酸鹽深度去除技術之一。脫氮樹脂脫附液具有總氮濃度高、鹽分大且生物降解難等特點，使其處理成為公認的治理難題[1]。樹脂脫附液常規處理方法包括混凝法、高級氧化法、蒸發法以及膜處理法等。常規處理工藝脫附液處置成本高，而且脫附液中含有的大量脫附劑（鹽分）也未能得到有效回用，造成了資源的浪費。電化學法具有無藥劑投加、無污泥產生、功能靈活且易于控制的優勢，是一種適應國家發展要求的清潔廢水處理技術。本文以高鹽、高氮的脫附液為研究對象，研究新型電化學技術強化脫附液脫氮性能以及處理后脫附液回用于樹脂再生效果。

1 試驗與檢測方法

1.1 脫附液水質

脫附液水質如表1所示。

1.2 電極制備

陰極制備：三水合硝酸銅與五水合硝酸鈷溶于5 mL異丙醇中，將配制的異丙醇溶液刷涂于鈦板表面，所得鈦板置于80℃干燥箱中5 min，之后移至500℃馬弗爐中5 min，重復涂刷干燥過程5次，最后1次置于500℃馬弗爐中焙燒3 h。

1.3 試驗方法

釕銥鈦電極、自制銅鈷電極分別作為陽極和陰極，在20 mA/cm2電流密度下對樹脂脫附液進行電化學脫氮處理，研究電化學脫氮動力學特性。按V樹脂:V脫附液=1:3的比例，將電化學處理后的脫附液用于樹脂再生，形成新的脫附液用相同的電化學工藝進行處理，如此循環，研究脫附液再生回用特性。

表1 脫附液水質

1.4 檢測分析

總氮（TN）采用《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ636-2012）中的方法測定；硝態氮（NO3-）采用《工業循環冷卻水及鍋爐水中 氟、氯、磷酸根、亞硝酸根、硝酸根和硫酸根的測定 離子色譜法》（GB/T 14642-2009）中的方法測定；氨氮（NH3-N）采用《水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》（HJ 535-2009）中的方法測定。

2 結果與討論

2.1 脫附液電化學無機氮去除效果研究

圖1 電化學處理脫附液脫氮動力學曲線

如圖1所示，總氮和硝態氮濃度隨電化學反應時間增加而降低[2]。電化學陰極反應將硝態氮轉化為氨氮，陽極反應將脫附液中氯離子轉化為活性氯。活性氯與氨氮發生折點加氯反應，實現脫附液總氮的有效去除。

氨氮濃度隨時間增加呈先增加后降低的趨勢，最終趨于零。氫化機制可能對硝酸鹽還原的貢獻較大，因為H（ad）的存在產生了強烈的還原環境，其中E（H+/H·）=-2.31 V（SHE），氮中間體物質可能在析氫反應區域內與H（ad）反應，產生NH（ad）吸附物質，這些連續反應可能通過逐步加入H2產生

氨氮濃度隨反應時間先增高后降低。由于反應開始硝酸根在陰極還原生成的氨氮速率大于氨氮折點加氯反應速率（反應初期陽極產生的活性氯濃度低），所以氨氮在反應開始階段濃度會累積。隨著反應進行，活性氯濃度增加，能迅速地將氨氮氧化成氮氣而去除。

2.2 電化學處理脫附液回用研究

2.2.1 未補鹽調劑的脫附液再生回用研究

圖2 未補鹽調劑的脫附液再生回用脫附量

如圖2所示，相比原脫附液，經電化學處理并循環回用3次，總氮脫附量較未處理的從1 550 mg/L增至2 324 mg/L，總氮脫附率增加33.30%。總氮脫附量與電化學總氮去除量正相關，這可能是由于電化學有效去除了脫附液中總氮物質，電化學處理后脫附液又恢復了一定的樹脂總氮脫附空間。隨著回用次數增加，脫附液脫附的總氮降低，從第1次回用可脫附總氮448 mg/L，至第3次回用可脫附總氮94 mg/L，這可能是由于多次再生樹脂導致脫附液中氯離子濃度降低所致。

2.2.2 補鹽調節的脫附液再生回用研究

圖3 補鹽調劑的脫附液再生回用

如圖3所示，相比原脫附液，經電化學處理并循環回用3次，總氮脫附量較未處理的從1 538 mg/L增至3 297 mg/L，總氮脫附量增加53.35%。這可能是由于電化學有效去除了脫附液中總氮物質，電化學處理后脫附液又恢復了一定的樹脂總氮脫附空間。

為了解決每次樹脂再生導致氯化鈉濃度降低的問題，每次電化學處理后將廢液中氯化鈉濃度補充調劑至原脫附劑NaCl濃度。第1次使用電化學處理后的脫附液再生樹脂，脫附液總氮濃度增加662 mg/L，第三次循環再生樹脂，脫附液總氮濃度增加497 mg/L，隨著脫附次數增加，電化學處理后的脫附液再生樹脂能力有所降低，但明顯優于未進行鹽分調劑的脫附液。

對比圖2和圖3發現，利用氯化鈉調節鹽度后的脫附液用于樹脂再生時，可以更大量地置換出飽和樹脂中的硝酸根離子，單位時間內硝態氮的去除量更高，還可以提高脫附液的循環回用次數。

3 結論

在自制的銅鈷陰極和釕銥鈦陽極體系、20 mA/cm2電流密度下，6 h內硝態氮去除率達到66.29%，總氮去除率63.28%。在補鹽調劑濃度下，經電化學處理并循環回用3次，總氮脫附量較未處理的增加53.35%。因此，電化學是一種具有應用前景的脫氮樹脂高鹽、高氮脫附液處理與回用技術。