污水處理廠中電化學(xué)脫氮技術(shù)的應(yīng)用

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摘要：為了解決我國的城市污水，同時(shí)強(qiáng)化我國的生態(tài)環(huán)境，相關(guān)企業(yè)部門借助電化學(xué)脫氮技術(shù)對污水進(jìn)行及時(shí)處理，文章就電化學(xué)脫氮技術(shù)在污水處理廠的尾水處理為研究對象，展開一系列討論，以便為類似工程提供參考學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)脫氮技術(shù)；污染處理廠廢水；應(yīng)用

引言

當(dāng)前我國的生活污水處理中的有機(jī)物和氨氮去除成為一大難點(diǎn)問題。對城市污水進(jìn)行二級處理之后，其污水尾水中的有機(jī)物含量較低，但依舊存有含量較高的總氮（TN），若直接將該污水排進(jìn)河流，會引發(fā)河流的富營養(yǎng)化，基于此，關(guān)于污水處理廠尾水的脫氮技術(shù)變得迫在眉睫。對污水廠尾水中的TN分析，發(fā)現(xiàn)尾水中的C/N比例低，在低C/N的前提下，會對深入的脫氮處理技術(shù)帶來干擾。當(dāng)前我國采取超濾膜、反滲透膜分離以及臭氧活性炭等方式對尾水中的氮含量進(jìn)行清除，即使獲得了比較好的成效，但還是不能被廣泛運(yùn)用于污水處理廠的處理之中。

1電化學(xué)脫氮技術(shù)的產(chǎn)生原理

所謂電化學(xué)處理技術(shù)，指的是在電極或者外加電場的輔助下，在專業(yè)的反應(yīng)容器內(nèi)發(fā)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)對廢水污染物的降解效果。電化學(xué)處理技術(shù)過程中不需要添加任何藥物試劑，同時(shí)也不會對環(huán)境帶來污染，故被稱為“環(huán)境友好型”技術(shù)。電解脫氮的時(shí)候，溶液內(nèi)會產(chǎn)生-OH，羥基自由基本身具備很強(qiáng)的氧化性，可以高效去除污水中的雜物。除此之外，溶液中還會產(chǎn)生Cl-，Cl-會發(fā)生氧化反應(yīng)變成Cl2和次氯酸根離子ClO-，Cl2以及ClO-都具有強(qiáng)氧化性，可將污水中的氨氮進(jìn)行直接氧化去除。電解-生物法組合進(jìn)行處理時(shí)，會在電解產(chǎn)生的H2和污水中NH3的作用下進(jìn)行反硝化，其中NH3-N是電子供體，NO3-N是電子受體，產(chǎn)物為無毒無味的N2。

2電化學(xué)脫氮技術(shù)的試驗(yàn)器材及方法

為了更深層次的對電化學(xué)脫氮技術(shù)在污水處理廠中的處理進(jìn)行分析，文章選取試驗(yàn)的形式展開全面討論。首先，試驗(yàn)用水的合理擇取，選擇某城市的污水處理廠為試驗(yàn)基地，該污水處理廠的尾水為試驗(yàn)用水，需要注意，一定要保證該污水處理廠的出水滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，才能具備試驗(yàn)的資格。其次，試驗(yàn)器材的合理選取，通常情況下選擇材質(zhì)為PE的試驗(yàn)器材，要求器材所用電極要具備較強(qiáng)的電催化能力和氧化力，同時(shí)將該試驗(yàn)器材的內(nèi)部電極電位調(diào)整到1.5～1.8V范圍內(nèi)，適當(dāng)延長該試驗(yàn)器材的使用時(shí)間。把電極板交錯放置，控制各電極板陰陽極留有一定距離，在陰陽極之間填充活性炭、金屬顆粒等物質(zhì)，會加大電極板的催化效果，具體應(yīng)用在污水處理廠的過程中，污水會穿過反應(yīng)器的下部緩慢進(jìn)入電極板后再流出。電化學(xué)脫氮技術(shù)的試驗(yàn)過程是一個連續(xù)過程，要求試驗(yàn)期間不可以出現(xiàn)間斷，保障試驗(yàn)效果的最佳性。基于此，在試驗(yàn)之前，保持試驗(yàn)用水量為5～10m3•d-1，并且把試驗(yàn)器材放置在指定位置，同時(shí)把催化劑放在原水中浸泡片刻，避免催化劑對脫氮技術(shù)產(chǎn)生干擾。之后，再接通器材電源，要求電源的電壓為直流電壓、穩(wěn)定電壓，輸出電壓的大小依據(jù)實(shí)際污水情況進(jìn)行對應(yīng)調(diào)整。尾水在通過水泵之后，對其流量進(jìn)行調(diào)整記錄，觀察催化-電氧反應(yīng)現(xiàn)象，及時(shí)讀取反應(yīng)器的顯示數(shù)據(jù)，再取出試驗(yàn)樣品，如此一來就能計(jì)算尾水中的總氮含量，并且在電化學(xué)脫氮技術(shù)處理之后計(jì)算出尾水中的總氮含量，對比分析電化學(xué)脫氮技術(shù)的處理效果是否達(dá)標(biāo)。不同的水質(zhì)特征，要選取對應(yīng)的處理方式，其中使用頻率最高的當(dāng)屬納氏試劑光度法。

3分析試驗(yàn)結(jié)果

3.1電流密度

通過對某市的城市污水處理廠的尾水進(jìn)行電化學(xué)脫氮技術(shù)操作后，本文先就電化學(xué)脫氮技術(shù)應(yīng)用中電流密度的變化特征進(jìn)行分析討論，以尾水中的TN含量為標(biāo)準(zhǔn)，控制試驗(yàn)用水的pH=6.0、尾水進(jìn)水流量為7m3•d-1，此時(shí)對應(yīng)的TN含量值位于23.6～27．2mg•L-1范圍內(nèi)，之后每個12h對試驗(yàn)用水進(jìn)行取樣檢測，試驗(yàn)連續(xù)運(yùn)行5天，對電極板的電流密度進(jìn)行觀察分析不難得出，在反應(yīng)器電極板電流密度依次為10.67mA•cm-2、16.00mA•cm-2、32.67mA•cm-2以及63.33mA•cm-2時(shí)，尾水中TN含量的去除效果有顯著差別，其中電流密度為16．00mA•cm-2時(shí)TN去除率為33．1％，63．33mA•cm-2時(shí)去除率則為53.2％，發(fā)現(xiàn)規(guī)律：電極板陽極的電流密度越高，對應(yīng)尾水中TN含量去除效果越強(qiáng)，這主要是因?yàn)殡姌O板陽極存在固體催化材料，使得陽極的氧化性增強(qiáng)。為了有效控制施工成本，提升TN含量的去除效果，同時(shí)提高電流的利用率，控制最佳電流密度為32.67mA•cm-2。。

3.2進(jìn)水pH值

控制尾水進(jìn)水流量為7m3•d-1、電流密度為32.67mA•cm-2以及進(jìn)水TN平均值為26.42mg•L-1時(shí)，對尾水的進(jìn)水pH值進(jìn)行分析處理，可以得出，進(jìn)水pH值和電化學(xué)脫氮技術(shù)TN含量去除效果之間存在直接性關(guān)聯(lián)，但是進(jìn)水pH值對電化學(xué)脫氮技術(shù)TN含量去除效果影響較小。污水處理廠的尾水在經(jīng)過電化學(xué)脫氮技術(shù)處理之后，尾水進(jìn)水的pH值皆處在6.20-7.00范圍內(nèi)，同時(shí)當(dāng)尾水進(jìn)水的pH<5時(shí)，電化學(xué)脫氮技術(shù)處理后的尾水TN去除率發(fā)生輕微變化，當(dāng)尾水進(jìn)水的pH>5時(shí)，電化學(xué)脫氮技術(shù)處理后的尾水TN去除率發(fā)生較大下降，總的來說，在尾水進(jìn)水pH值變化的前提下，電化學(xué)脫氮技術(shù)處理后的尾水TN去除率的變化程度都不顯著，為了高效控制施工成本，避免資源浪費(fèi)，通常在進(jìn)行電化學(xué)脫氮技術(shù)的時(shí)候，不會過多調(diào)整尾水進(jìn)水的pH值。

3.3水力停留時(shí)間

控制尾水進(jìn)水的pH值皆處在6.20～7.00范圍內(nèi)，尾水進(jìn)水流量為7m3•d-1、電流密度為32.67mA•cm-2以及進(jìn)水TN平均值為26.42mg•L-1，對15min、30min、60min以及90min的水力停留時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著水力停留時(shí)間的增加，電極板中固體催化顆粒填料和尾水中的污染雜物充分接觸，導(dǎo)致尾水在電場中的駐留時(shí)間增加，最終提高了電化學(xué)脫氮技術(shù)TN含量的去除率，TN的氧化分解性能增強(qiáng)也是由于該原因。需要注意的是，即使增加水力停留時(shí)間會加強(qiáng)電化學(xué)脫氮技術(shù)的TN去除率，但水力停留時(shí)間過長，會引發(fā)一些副反應(yīng)，副反應(yīng)會對電化學(xué)脫氮技術(shù)的電流效率起到一定的干擾，通過對某城市污水尾水進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水力停留時(shí)間超過60min后，電化學(xué)脫氮技術(shù)的TN去除率變化幅度減慢，同時(shí)也會加大副反應(yīng)的出現(xiàn)頻率，為了加大尾水的除氮效率，通常選取30min為最佳水力停留時(shí)間。

3.4討論總結(jié)

對以上三種要素變化進(jìn)行深入分析，得出在具體應(yīng)用電化學(xué)脫氮技術(shù)處理某城市污水尾水的時(shí)候，控制尾水進(jìn)水的PH值皆處在6.20～7.00范圍內(nèi)，尾水進(jìn)水流量為7m3•d-1、電流密度為32.67mA•cm-2、進(jìn)水TN平均值為26.42mg•L-1以及水力停留時(shí)間為30min，才能實(shí)現(xiàn)脫氮技術(shù)的最佳效能，其中尾水中的NH3-N的去除率為55.1%，NO3-N的去除率高達(dá)72.9%，所以說，電化學(xué)脫氮技術(shù)在污水處理廠尾水TN去除方面效果顯著。除此之外，可以發(fā)現(xiàn)電化學(xué)脫氮技術(shù)在具體運(yùn)用過程中，主要消耗大量電能，基本上1m3尾水會消耗0.32KW•h的電量，對于比其他離子交換脫氮、生物脫氮技術(shù)，該技術(shù)的耗電量相對較小。由于電化學(xué)脫氮技術(shù)在污水處理廠的尾水處理中具體成本低、效能高、方式簡便以及運(yùn)行溫度易控制等優(yōu)勢，因此被廣泛運(yùn)用于各大城市污水處理中。而且經(jīng)由電化學(xué)脫氮技術(shù)處理過的尾水水質(zhì)呈中性，不需要調(diào)節(jié)反應(yīng)器的尾水進(jìn)水pH值，還能實(shí)現(xiàn)低C/N基礎(chǔ)下的高校脫氮目標(biāo)，總之，電化學(xué)脫氮技術(shù)具備很大的應(yīng)用價(jià)值，其試驗(yàn)結(jié)果已被大多數(shù)城市污水處理商贊同認(rèn)可，理應(yīng)被推薦使用。

4結(jié)語

電化學(xué)脫氮技術(shù)在污水處理廠中的應(yīng)用得到了業(yè)界人員的高度關(guān)注，由于該技術(shù)在電解時(shí)會產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑，以及電解的陰陽極會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，都能對高效去除污水的TN含量起到輔助作用。文章通過對試驗(yàn)結(jié)果中的電流密度、進(jìn)水PH值以及水力停留時(shí)間進(jìn)行分析，得出其對電化學(xué)脫氮技術(shù)去除總氮量的影響，以便其他污水處理單位借鑒學(xué)習(xí)。

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[2]何緒文,龔彥宇,王培京,等.電化學(xué)法用于微污染水脫氮處理實(shí)驗(yàn)[J]環(huán)境工程,2009,(01).

作者：吳含西 趙渝 單位：臺州市環(huán)科環(huán)保設(shè)備運(yùn)營維護(hù)有限公司