基于電化學(xué)氧化法處理燃煤電廠高鹽氨氮廢水的分析

王德鑫，金光，王健(華電電力科學(xué)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110000)

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與設(shè)備、儀器

鹽酸，質(zhì)量分?jǐn)?shù)31.00%，工業(yè)品；氯化銨、硫酸鈉、氯化鈉，優(yōu)級(jí)純[1]。在線氯表；在線pH計(jì)；在線電導(dǎo)率儀；在線氨氮儀；廢水升壓泵；整流柜；停留水箱1.00 m3；混合水箱5.00 m3；電解裝置[2]。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

組成該實(shí)驗(yàn)裝置的有電器控制、酸洗、水源系統(tǒng)以及電解裝置[3]。電解所采取的電流是380 V/50 Hz交流電經(jīng)過整流轉(zhuǎn)變的直流電，并對(duì)輸出規(guī)定量進(jìn)行控制[4]。該工藝流程如圖1所示。

圖1 電解工藝流程

實(shí)驗(yàn)中，在混合水箱內(nèi)把氨氮廢水充分的進(jìn)行混合，經(jīng)過濾器進(jìn)入電解裝置進(jìn)行電解，出水進(jìn)入停留水箱，其會(huì)對(duì)產(chǎn)生的氫氣進(jìn)行排放。在次氯酸鈉發(fā)生器前后進(jìn)行進(jìn)出水取樣設(shè)置，并對(duì)由酸洗箱和酸洗泵組成的電極酸洗裝置進(jìn)行設(shè)置。

1.3 實(shí)驗(yàn)廢水

水樣A和J為脫硫廢水和精處理再生廢水一比一收集得到的，B～I(xiàn)水樣為精處理再生廢水收集得到的，實(shí)驗(yàn)廢水樣品如表1所示。

表1 廢水樣品

1.4 分析方法

水樣中各指標(biāo)含量在取樣后考慮會(huì)方法是變化，所以，為了對(duì)各指標(biāo)結(jié)果匹配性進(jìn)行保證，可在線讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并在開始實(shí)驗(yàn)前對(duì)比手測(cè)和在線表計(jì)，發(fā)現(xiàn)在5.00%以內(nèi)的誤差，結(jié)束電解后，重新標(biāo)記表計(jì)[5]。

手工分析方法：對(duì)游離氯含量采取鄰聯(lián)甲苯胺比色法；對(duì)總余氯含量采取N，N-二乙基對(duì)苯二胺分光光度法；Cl-含量采取硝酸銀滴定法；COD采取重鉻酸鉀法；NH3-N含量采取水楊酸-次氯酸鹽分光光度法。

2 結(jié)果與分析

2.1 電流密度對(duì)NH3-N降解影響

控制進(jìn)水流量為1.50 m3/h左右，停留時(shí)間控制為1.20 min，改變裝置電流，對(duì)于水樣A在電流密度不同的條件下進(jìn)行電解，保持初始NH3-N濃度為不變的廢水，以1.20 min停留時(shí)間通過電解裝置，降解的NH3-N濃度會(huì)隨著電流密度的增加而增大，兩者為R2=0.97的線性關(guān)系[6]。

2.2 停留時(shí)間與NH3-N降解的關(guān)系

對(duì)水樣A在不同電流密度下電解，在電解裝置中，通過對(duì)進(jìn)水流量調(diào)節(jié)，來控制水樣A分別為1.00～2.00 min的停留時(shí)間，NH3-N隨電流密度在不同停留時(shí)間下的變化為，在相同電流密度下，NH3-N廢水通過電解裝置其降解率受到停留時(shí)間的影響較大[7]。當(dāng)電流密度不變下，出水溫度為25 ℃，NH3-N濃度為121.00 mg/L時(shí)，在電解裝置內(nèi)NH3-N降解率隨著廢水停留時(shí)間越長(zhǎng)而越高。

2.3 Cl-含量對(duì)NH3-N降解的影響

對(duì)水樣B、C、D在不同電流密度下電解，在電解裝置中，對(duì)上述水樣通過調(diào)節(jié)進(jìn)水流量來控制停留時(shí)間為1.00 min。在恒定電流密度下，一定NH3-N含量的廢水通過電解裝置，Cl-含量能夠顯著的影響NH3-N降解的效果。當(dāng)NH3-N濃度為120.00 mg/L、出水溫度為25 ℃時(shí)，在電解裝置內(nèi)NH3-N降解率隨著廢水初始Cl-含量越高而越大。

2.4 TDS對(duì)NH3-N降解的影響

對(duì)水樣B、E、F在不同電流密度下電解，在電解裝置中，對(duì)上述水樣通過調(diào)節(jié)進(jìn)水流量來控制停留時(shí)間為1.00 min。NH3-N降解能力在相同電流密度、不同TDS下基本一樣；而NH3-N降解速率因?yàn)槲彝Ａ魰r(shí)間是相同的，所以也基本上保持一致；除此之外，電解可調(diào)電流會(huì)隨著TDS的提升，其上限也會(huì)有著明顯的提高。

2.5 水溫對(duì)NH3-N降解的影響

將直熱式電加熱器放置在混合水箱內(nèi)對(duì)水樣B進(jìn)行加熱并攪拌，使水樣B以恒定電流密度與停留時(shí)間通過電解裝置[8]。NH3-N降解率在電流密度不變，相同停留時(shí)間水樣經(jīng)電解裝置時(shí)，隨著水溫上述而下降，NH3-N降解率在接近36 ℃時(shí)迅速下降，當(dāng)為38 ℃時(shí)NH3-N降解率低于10.00%，這是因?yàn)殡娊猱a(chǎn)生的游離氯加速分解[9]。

2.6 反應(yīng)機(jī)理

在電解中水樣G與H游離氯與總余氯含量如表2所示。

表2 游離氯與總余氯的含量

通過表2能夠看出，在電解初始水樣當(dāng)中，電流密度發(fā)生改變，總余氯質(zhì)量濃度隨之發(fā)生變化，都是由大概1.00 g/L左右上升到1.50 g/L左右。由此能夠說明，在水樣反應(yīng)初期，因?yàn)榇嬖贜H3-N所以會(huì)消耗電解產(chǎn)生的氯。當(dāng)水樣中的NH3-N去除后，總余氯含量繼續(xù)電解會(huì)出現(xiàn)上升的情況，其濃度會(huì)提高到2.50 g/L以上。這種情況主要是因?yàn)樗羞€原劑比較缺乏，不能消耗余氯。

在對(duì)NH3-N電解去除中，總余氯質(zhì)量濃度以及游離氯質(zhì)量濃度在不同的電流密度下，均為20%左右。總余氯質(zhì)量濃度和游離氯質(zhì)量濃度在NH3-N去除之后繼續(xù)電解可提高到70%以上。這與水中存在Cl-下，NH3-N生成氯胺和氮?dú)獾耐緩绞窍喾摹Ｓ纱薔H3-N電化學(xué)氧化反應(yīng)非常接近折點(diǎn)加氯除氮反應(yīng)。Cl-先生成游離氯，之后再和NH3-N進(jìn)行反應(yīng)氧化成NO2-N、NO3-N、N2以及其他產(chǎn)物。

2.7 電極清洗對(duì)NH3-N降解的影響

對(duì)水樣J在不同電流密度下進(jìn)行電解，停留時(shí)間為1.20 min，電解裝置電極使用4.00%的鹽酸溶液循環(huán)進(jìn)行20 min清洗，之后對(duì)水樣進(jìn)行電解[10]。NH3-N濃度在停留時(shí)間相同下隨著電流密度增加而降低，清洗電極后，變化更加明顯，由此表明極板表面結(jié)垢及污染會(huì)對(duì)電極活性進(jìn)行降低，從而對(duì)NH3-N降解造成影響。對(duì)NH3-N廢水在相同電流密度下電解，電解平均能耗極板清洗后要比清洗前低，大概能夠降低10.31%。

2.8 電解對(duì)NH3-N以外污染物的影響

對(duì)水樣J在300 A/m2的電流密度下進(jìn)行電解，停留時(shí)間控制在1.20 min，等到出水溫度穩(wěn)定之后，立即把廢水電解前后的水樣送檢分析水質(zhì)。結(jié)果表明，總鎘在廢水電解之后會(huì)出現(xiàn)降低，而其他的各個(gè)重金屬總量基本上沒有任何變化，由此也能夠表明電解不能降低重金屬；鎂、鈣等陽離子出現(xiàn)小幅度的提升，大概在5%左右，而出現(xiàn)這種情況可能是電解中，廢水中的酸度會(huì)因?yàn)橛坞x氯而大幅度的提高，將廢水中含有金屬的沉淀物等進(jìn)行溶解所致；硫酸鹽的含量有著比較大的提升，這可能是在酸性條件下硫化物被氧化而生成硫酸鹽所致。另外，廢水中大的COD在電解之后，相比電解前有著非常明顯的下降，其降解率達(dá)到了91.23%，這表明對(duì)于廢水通過電解不但能夠去除NH3-N，還能對(duì)廢水中的COD進(jìn)行有效降解。

3 結(jié)語

研究表明，燃煤電廠高鹽NH3-N廢水中的COD和NH3-N能夠電解降低，但重金屬不能降解；電極表明清潔度、初始Cl-含量、停留時(shí)間以及電流密度越高，NH3-N降解效果就越好；NH3-N降解效率在水溫高于36 ℃時(shí)下降比較快。通過實(shí)驗(yàn)可以看出，在NH3-N廢水處理中，應(yīng)用電化學(xué)工藝能夠?qū)γ摿驈U水COD高的問題解決。