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电极法处理低浓度氨氮废水的实验研究

2023-07-28 来源:易榕旅网
广28 东化工 2017年第8期 第44卷总第346期 WWW.gdchem.com 电极法处理低浓度氨氮废水的实验研究 郑宗明,魏良 (西南科技大学资源与环境学院,四JIl绵l5口621000) 【摘要】采用活性炭.不锈钢作为三维电解系统的阴极和阳极.用活性炭.玻璃珠作为三维电极的填充物 研究了,在pH=7.74,曝气速度为0.I8 m /11的条件下,对氨氮浓度为5Om L的模拟废水中电解60min之后三维电极对其中的氨氮的去除率。结果表明,在电压为20V、板间距为5 cm、 玻璃珠:活性炭的质量投加比例为l:2,NaCI浓度为1.5 g,L时,氨氮的去除率可达到74.17%,此时COD的去除率为68,31%。 【关键词】氨氮;电解;废水处理 【中图分类号]TQ [文献标识码】A [文章编号】l007.1865(2017)08—0028—02 Experimental Study on Treatment of Low Concentration Ammonia Nitrogen Wastewater by Three Dimensional Electrode Method Zheng Zongming,Wei Liang (College ofenvironment and resources,Southwest University ofScience and Technology,Mianyang 621000,China) Abstraet:Using activated carbon—stainless steel as the three—dimensional electrolysis system of the cathode and the anode.with activated carbon and glass beads as filler in the three.dimensiona1 electrode。Were studied in pH=7.74.aeration rate of 0.18 m /h under the condition of ammonia concentration of simulated wastewater Of 50 mg/L after 60 min of electrolysis on the three.dimensional electrode the remoral rate of ammonia.The results show that the remoral rate of ammonia nitrogen can reach 74 1 7%when tile voltage is 20 the plate spacing is 5cm,the glass beads:tile mass of the activated carbon is 1:2,the concentration ol’ NaCl iS 1.5g/L. Keywords:Ammonia nitrogen:electrolysis:wastewater treatment 近年来,电化学法在污水处理领域越来越受到人们的重视…。 二维电极,义称为离子电极或床电极,足一种新型的化学反应器。 其原理是住传统的二维电极的基础上,往电极之间填充粒f电极, 通过充电是粒子电极材料表面带点而形成一种新的一极,即第三 极。其相比于二:维电极来说,拥育更大的反应面积,电流利用率 更高,同时能能够节省电极的消耗,减少电介质的投放最。常用 的三维电极材料有:石墨电极、导电陶瓷 1、铁氧体、玻璃球以 及其他的一 合成材料I 】等。由于单一填料有可能导致电路短路 而造成电流浪费【JI,所以本实验采用活性炭一玻璃珠为填充物,研 究j维电极法对低浓度氨氮模拟废水的处理效果。 1一填 2囊气管 3髑摄 4-阳极 5'曩气 蔟墨 6一直 盎电弹 图l三维电极装置示意图 Fig.1 Experimental equiprnent of the three—dimensional electrode l材料与方法 1.1实验器材 本次试验的主要仪器有:直流电源(怡展PS305D),流量计, NOMOYPET增压泵:EVO一300 PC 紫外分光光度计(赛默 世 尔科技有限公司).pH汁。 1.2实验水质 2结果与讨论 2.1电压对NH 一N的之除率的彤响 电Jlf 是提供电化学反戍的推动力,也是电撇复械化的功力f 实验控制板间距为9cm.NaCI的岔帚为2 g/L,活 碳:玻璃球 废水配置:用(NH4)2SO4和葡萄糖模拟低浓度的生活废水,调 节其氨氮浓度在为50 mg/L,COD浓度住400 mg/L。并用NaOH、 H2SO4调节pH值=7。水中电介质浓度用NaCI进行调节。 l-3实验测定 COD、NH4 .N采用国标法进行删定。pH采用pH计测定。 l-4前处理处理 将不锈钢电极板、活性炭碳电极板放住0.2 mol/L的NaOH溶 液中,浸泡30min除油,之后用蒸馏水反复冲洗多次。活性炭颗 粒在使用之前.先放在纯水中浸泡24小时,使其充分角犁析之后烘 干备用。使用之前,先浸泡在模拟废水中2h,使其吸附饱和之后 再使用。 1.5实验装置 质量比=l:l,在反应时间为60min的条件 ,对训格系统的电 压为:10V,1 5V,20V,25V,进行试验,结果见 2 , lJ  .“:。lv 本次试验采片]自制三维电极反应槽进行主体反应。反应器的 规格:20cm(长) 8cm(宽) 15cm(高)。阳极采用1 50mm*50mm*2mm 的不锈钢电极,采用活性炭碳电极电极规格为: 150mm*50mm*2mm,电极间距可调繁。实验装置如图1。 实验装置中加入一定质量比的活性炭.玻璃珠颗粒,其中活性 炭为直径为3 mm的柱状活性炭,玻璃珠为直径为3 mm的玻璃 珠,其总质量固定为400 g,再加入1 L的模拟废水,通过曝气泵 从底部往整仪器中曝气,以增加水巾的溶解氧,曝气量为0.18 m3/h。活性炭一玻璃球粒子处于沉积状态。考察板间距、电压值、 NaCI质量浓度、活性炭一玻璃珠比例对污水处理的效果。 图2不同电压值下氨氮去除效率 Fig.2 The ammonia nitrogen removal eficifency under difl ̄rent voltage value 三维电极电解废水60min后,取电解之后的废水测定 t} 的 NH4+-N。往电压值为5V时,模拟废水的终浓度为24.32 mg/L。 当电压升高到10V时,电解模拟废水后的浓度为21.93 mg/L。当 电压值为I5V时,电解后模拟废水的NH4 一N浓度为17.69 mg/L, 当电压值升高到20V时,此时的NH4 .N的浓度为15.7lV,上除 率为58.58%。继续增大电压到25V和30V,电解后检测模拟飞 回的NH4 一N的含量分别为1 5.4l%和l4.82%。 可以看出随着电压的升高,埘NH 一N的去除效牢不断升高, 当电压逐渐升高到20V时,去除效率提高 17%。,I t之后继续 [收稿日期]2017—03—02 【作者简介】 郑宗I ̄](1991.),男,四川人,硕士研究生,主要研究方向为水污染控制。 201 7年第8期 广 东 化 工 、、’ww.gdchem.corll 第44卷总第346期 29 增人{ Jj,系统的大除半 育小幅J 的 ,},但足} 升效 小明 誊彳_ 这是由j 所仃条什均 定的情况卜,系统对污染物的去除 ;。阳 ∞ ∞ l_1. ●, 。f『‘个饭限他 i。、 1输入的能显没 ’ 划微限的时候,此ll、f反应 埘{『j杂物的上除效半随f 电压的增人1n 增人,反应器f~ 的瓴化 反应越 允分。、‘1输入能 渐埔尺到J 系统女除污染物 的址人需求时, 续输入能量计污染物的上除没仃增益,几己l而有 i,m 会产生一系列的制反成,从而降低系统对污染物的 除效率。 睡刮能耗等原 .小玖实蝓认为 几i人小住20V为最优 ,此 时的COD上除半为65.10%。 2.2擞f {] 对Nfi4 一N上除璋 n0影f】m 制电解电H :()V、电解顺NaCI的含量为2 g/L,; ”生炭 顷l :玻璃珠埙 =l:I.伍反应时lil] 60 rain的条什卜,控制 舨叫 分别为3 Cnl、4 cnl、5 cm、6 CIll、7 cm、8 cnl、9 cm进行 伶洲,观察i维叱撇计 拟废水的处 设 :  。[m 图3不同板间距下的氨氮去除率 Fig.3 The remox al l'ate of anlnlonia nitrogen tinder differcnt plate spacing 1Ut rJ  60 rail1之Jl 测 电 之 的水 l,的NH41_N的 ,在 扳fii 距离为3 Clll ll'f.此时NH4 一N的上除卒为68.71% 、 扳 『} j扩_人到4 cm ll'j,此时NH ’一N的太除乍为70.62%。、 j饭 人到5 CITI时,N¨ 一N去滁牢哒剑72.9】%。 扳川 扩犬剑 5 CIll I1'f,此uIf NH 一N 1.1 除卒最火, 71.23%。 1 续扩欠扳 'ItlⅢ .NIt 一N去除效率 会增JJu 址 : 续减少。 …观返种情况的坂l叫是 IU微距离过小的II, 是,其板 川溶液流鼻t小, … 撇距离过人造成【U流增大,外l1.存 形成 i ti}n l} Ll流, 致【U流 利J1]效卒小『 蚱儿l1t于电场过 ,,、夫人 降低}U搬的他HJ盯命,Ii 会损坏电源。 当 离增剑剑6 C111以 ,… 板 过人, 敛【乜场穴刺.} J=之 难以形成的微电 他的Ill鲥能力1 姒,导j、 溶液的处 设 禾1 断降低 水÷ 试验 t1, 趴 5 CIll的 候.处 放 ,此时COD的上除率 为64.81%。 2 3 NaCI的浓瞍刈NH。 一N处 效 n ≥ 0。 ll1 j 反心过 i,氯离了会, 1极 产氯气,而 ‘ 水 tl_会q—J 氯酸。 氯睃可t NH 、NH。 产牛 种化 反f、 : HC10+(2/3)NH (1/3)N2 H10+H +CI。 (1) HClO+(2/3)Nfl (I/3)N2+H2O+(5/3)H十Cr (2) }ICIO+(1/4)NH4(1/4)NO 一十(1/4)H zO+(3/2)H一+Cl‘ (3) i,J‘见,氨离r的fj 可以促进Nl{4一N的去除。 蚓圳电解 20 V,扳1f1】硝1 5 CITI, 件 :肢璃珠埙黾比 =l:1.在反应时 It 60 arin的条什 ,… 验污水・{i添』J『_NaCI, 训祭JL NaCI浓 ().5 g/L,1 g/L,1.5 g/L,2 g/L,2.5 g/L。换 J垃CI一粒子的浓嫂为303 mg/L,606 mg/L.909 mg/L.1212 mg/L, l5 J5 mg/L。 到上除? : 75 5o J一————-—-—r—t—r——r— ・— —————— O.5 1 1.5 一 ,I NaCli} t^ g雎) 图4不同电解质浓度下氨氮的去除效率 Fig 4 The alllillnnia nitrogen remoraI eli]ciency under different electrolyte concenti。ation :经过60 rain的电解之后取处 之后的睃水测 f1的 NIl4一N的浓嫂, 1儆拟嘎水中投CI。n0浓唛为303 mg/L, 水・f・ NH 一N的去除效 54.42%。琳续增尺溶液_}]的Cl一的浓瞍, 浓嫂 到606 mg/L的_}1_候,模拟 水rI・NH4+-N的太除效率为 68 2I%,琳续增人溶液 l Cl一的浓发, 1浓度增尺剑909 mg/L的 时I荚,模拟废水中NH4 一N的去除率为73.58%。当馍拟仪拟废水 中Cl一的浓度继续增人剑I2l2 mg/L和1 5l 5mg/L后一!维电解法 埘 水的处理效果 ,出现回落。 叮以看出存其他杀什0 变的情况卜. 水的导电能力越姒, 越仃利j 水中的NH ‘一N土除。但足,过人的c1一的条件下小利于 电机的夏撇化.从 降低反应的效 昝151。本次试舱lf1 NaCI 投JJIJ 1 5g/L时NH4 一N_上除率最 ,此时的COD上除 红为 68.52%。 2.4 川i填允物投J Jl】比例对NH4+-N的上除半的影响 控制实验电 为:0 V,板问 为5 CI11,NaCI的投J』fJ镀为1.5 mg/L,进仃实验,n:反心时『口]为60 arin的条件下,不断地 变活 性炭 玻璃珠的投JJ【】比 为:1:0(活性 投加400g,不投7J l】玻璃 珠),l:l(活性炭投 200 g,玻璃球投放200g),l:2(活性城投 放鞋I33 2,玻璃珠投放艟267 g),l:3(活性炭投放 I O¨O g.玻 璃珠手lf放节300 g)ib! }反 后水中的NH ’一N的量。得到上除率: l 2 瑗璃琳艟艟 性磷质犀 之后取处理 的,K样检测 llll的NH 一一N的 ,、I1玻 璃珠投JJu量为Og时,即此时的填料拿郝采川活性炭进 填充,此 it,』 的 拟废水中的NH4 .N的处理率仪为66.23%。当投量为l:l, 大除半增加剑72.52%..继续增加玻璃珠投JJ 【I量,当投活性炭埙鼍: 玻璃珠埙量=1:2时,#l:ll 的去除率为74.1 7%。 活性炭:玻璃 球=I:3时,此时的去除率稍 下降,去除 私为65.22%,测搿此 时最 兼件下COD的女除卒为68.31% 从结果中町以看…, 没有玻璃球参 填料的反应l{】, 去 除丰卡l1对较低。 玻璃珠 活性炭的埙最比为1:1的糸件卜,活 性城做玻 离球较好的分敞,但是由于破璃珠自生重量较电,十}{对 『而 ’;数}连还是比活 t!l-炭少,所以_尢法起到很好的隔绝作川。 继 续1【J¨人玻璃球的投放请时达到】:2【IIf,此叫‘相比之前其女除 {=i有 ,J,,b ̄,il'-32 升,此时玻璃球的数量较之前订人幅增JJu,活性数 【;孥 低,玻璃珠能够起到较为有效的隔绝活 的作 ,住绺续添加 玻璃球f污对此反应体系上除污水中的NH N的效 没订f f【J『的 增JJ 『l,反而育所下降,所以此次试验认为,玻璃珠:酒性 =1:2 较 合适的投加方粜。 3实验总结与讨论 (1)通过三维电极浊处理低浓度氰瓤废水,能够伍较 时川内 剑较好的处理放 。井且扳f司距、电饭也压、绝缘介J【{j的填充 比例、电解质的浓嫂等均足决定反应的‘个重要因素。 反f、 时 I'it J为60 rain,板 距5 C111,玻璃珠:活性坟=1:2的条什F,此 系统 i pH=7.74的策什卜,对氨氮{/J始浓 含量为50 mg/L的模 拟唆水的处理效率能够哒到74.17%。 (2)单一介质的_I维}U极容易形成 路电流导致电流的利I}] 效率 r岛,并且当板 距过小是,单一介J贞的三维电极电流 容 易L{{观短路现象,, 的会损坏电源 而迎过向介质中掺 ‘定 比例的绝缘介质,能够i 火程度L减少这种现象的饺牛。提尚三 维电撇体系的电流利,qJ效?筝。 (3)采用三维电角牟法处理污水, 『 地 积小,速发快。特别 适合j 某些高Cl’浓度的 水如:垃圾渗滤液,以及其他一 ,j:化 性能蕾n勺污水的处理r{1l ’参考文献 2017年第8期 广 东 化 工 WWW.gdcllem.con1 33 第44卷总第346期 3.3州心 分" .芒 C 此该数 :埙 J最仇杀什t能应用到实际的填菜多似提取中 由 实验得…的敬 c J_以抓 0,长萼堇菜多糖 有较 的温度耐受性, 并 高温高』K卜,多栅浸…的效率可能会更高, 舟温下可能会 破坏多黼的药物汁 .小 验l仃利于为该 物多 资源理论研究 j开发利J}]奠定】: 再¨{. 0.5 ’ B帅一 0  t l咖 参考文献 [1]II,圈科学院小 ff【物忠编辑委员会.中 植物志【M】.北京:科学出版 衬 ,1991:5I一52. 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(本文文献格式:徐鸿涛,李锋万.张晓杰,等.Box—Benhnken 组合法优化长萼堇菜多糖提取工艺[J].广东化工,201 7,44(8): 31—33) (I 拨吼29 ) f41'J姗鹏 fj’ 之 j ,走苎敏.等. 维电撒泼j 膻处理维生索 1:产腹水[.I1. 境I f ’ ,21)13,7(3):897—902.f5】旺 ff}. 、哑峰.程f{I. l:lU微筑 化降解笨『I『;}峻/K的试验研究lj] J 、Ik睃爪处 ,2010,30(5):27—48. 【6]AVentura.GJacquet,eta1.Electrochemical generation of the Fenton‘s I_eagent:application l0 att’azme degradation[J】.20(12・36:35 I 7-3522 (本文文献格式:郑宗明.魏良.电极法处理低浓度氨氮废水的实 验研究[J].广东化工,201 7,44(8):28—29) 

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