钛镀钌铱-铁电化学系统去除污水中低浓度硝酸盐的实验研究

作     者：郝尚民 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔建国;宋正光

授予年度：2021年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：钛镀钌铱-铁电极 低浓度硝酸盐氮 电化学还原 脱硝 

摘      要：我国地表水污染严重、水资源短缺是我国面临的重要难题,越来越多的污水厂要求处理后出水中主要指标达到地表水准Ⅴ类。因此,寻求一种高效、清洁的方法处理污水中低浓度的硝酸盐氮是当下棘手的问题。电化学方法是公认具有发展前景的硝酸氮污染治理技术。反应器内无需外加还原剂,主要依靠电化学过程中电极表面的电极反应直接或间接还原硝酸根离子。反应后的出水不存在其他金属离子等二次污染。与物理化学法相比,电化学法可以将目标污染物彻底去除,而非简单的转移或浓缩;相较于生物脱氮法,电化学法无需外加碳源,受低温影响较小。电化学法优点还在于具有很高的安全性,可根据反应条件控制产物的选择性,能耗及其他耗费低。已有的电化学脱氮技术主要针对高浓度硝酸盐氮废水进行,对低浓度硝酸盐氮的研究过程较少,其去除规律及动力学方面的研究还有待深入。针对污水深度处理领域硝酸盐难以去除的技术难题,本研究构建了钛镀钌铱阳极、铁阴极的硝酸盐溶液电化学反应体系,分别在混合式反应器、隔膜式反应器、流动态下研究污水中低浓度硝酸盐氮的去除过程,研究气态产物的组成,考察电流密度、pH、搅拌速率、电解质浓度、硝酸盐初始浓度、NaCl浓度等反应条件对去除硝酸盐效果的影响,并研究了其去除机理。论文的主要结论:(1)电化学还原硝酸盐的气态产物主要是氨气和氮气,氧化亚氮含量低于气相色谱仪检测下限。(2)混合式反应器内,当电流密度为1mA·cm,pH=7,搅拌速率为300r·min,电解质浓度为0.02g·LNaSO,硝酸盐氮初始浓度为15mg·L时,硝酸盐去除效果最佳,反应后NO浓度为6.4mg·L,去除率达到57%,总氮去除率达43%。混合式反应器内的正交实验显示,电解质浓度对硝酸盐氮降解的影响程度最大,硝酸根初始浓度对脱氮的影响程度最小。(3)隔膜式反应器有效避免了还原产物氨氮再次被氧化,促进了硝酸盐的持续去除,但降低到相同浓度所需的反应时间比混合式反应器更长。采用HUAMOTECH标准型异相阳离子交换膜,当硝酸盐初始浓度为15mg·L,pH值为7.0,NaCl浓度为75mg·L时,硝酸盐去除率为67%,总氮去除率为52%。隔膜式反应器内的正交实验显示,硝酸盐初始浓度对脱硝的影响程度最大,而NaCl浓度对硝酸盐氮去除效果的影响程度最小。(4)隔膜式反应器处理流动态硝酸盐污水时,硝酸盐去除率及总氮去除率均低于静态实验。流速越大,硝酸盐去除效果越差,氨氮在反应600min后浓度相当。铵根初始浓度越高,硝酸盐去除率在一定范围内随之增加,氨氮去除率越高,实验中加入适量的氨氮,有利于总氮的脱除。