電催化氧化法處理含氨氮廢水及工藝設(shè)計(jì)方案

譚玉虎　孫戈　劉柏年　俞金山

摘 要：文章根據(jù)濕法生產(chǎn)車間廢水特點(diǎn)，研究了采用電催化氧化法處理含氨氮工業(yè)廢水的可行性，分別考察了廢水中氨氮含量、氧化時間、廢水中氯離子含量對處理效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：電催化氧化法處理廢水中的氨氮工藝路線可行，最佳條件為：進(jìn)水氨氮濃度小于400mg/L，氧化時間90分鐘，廢水中氯離子含量1.5g/L，在此條件下，氧化效率能達(dá)到90%以上，廢水中殘留氨氮小于30mg/L。最后，針對車間廢水特點(diǎn)設(shè)計(jì)了可行的處理方案。

關(guān)鍵詞：電催化氧化法；吹脫法；氨氮；廢水處理；工業(yè)廢水

文章以濕法生產(chǎn)車間廢水為例，主要研究了采用電催化氧化法去除工業(yè)廢水中氨氮的可行性及最佳條件，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)了廢水處理工藝流程。

1 電催化氧化法處理氨氮機(jī)理

化學(xué)技術(shù)的基本原理就是使污染物在電極上直接發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)或利用電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性物質(zhì)使污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，后者稱為間接電化學(xué)反應(yīng)。如圖1所示：

電催化氧化（ECO）機(jī)理主要是通過電極和催化材料的作用產(chǎn)生超氧自由基（·O2）、H2O2、羥基自由基（·OH）等活性基團(tuán)來氧化水體中的污染物，若溶液中有Cl-存在，還可能有Cl2、HClO-及ClO-等氧化劑存在，能大大提高降低污染物的能力[1]。

電催化氧化法利用陽極氧化性可直接或間接地將氨氮氧化，具有較高的去除率，該方法操作簡便自動化程度高，不需要添加氧化還原劑，避免污泥的二次污染，能量效率高，反應(yīng)條件溫和，常溫常壓下即可。其缺點(diǎn)是耗電量大[2]。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)過程

針對濕法生產(chǎn)車間廢水特點(diǎn)，為了研究電催化氧化法去除氨氮最佳條件，做了以下實(shí)驗(yàn)：進(jìn)水來自某濕法生產(chǎn)車間產(chǎn)生的含氨氮廢水，初始氨氮含量約為1500mg/L，稀釋后作為實(shí)驗(yàn)用水，通過調(diào)節(jié)氧化電流及電壓，控制氧化時間，調(diào)節(jié)進(jìn)水中氯離子含量，達(dá)到去除廢水中氨氮的效果。

2.2 試驗(yàn)裝置

3 結(jié)果與討論

3.1 氧化時間對去除效率的影響

生產(chǎn)線含氨氮廢水經(jīng)稀釋后，氨氮含量329.28mg/L作為實(shí)驗(yàn)用水，固定電流（80A）電壓（5.0V），進(jìn)水中氯離子含量小于0.5g/L，PH：8.2，調(diào)整循環(huán)時間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可看出：進(jìn)水氨氮濃度為329.28mg/L，當(dāng)氧化時間大于90分鐘時，去除效率大于80%，殘留氨氮含量小于65mg/L。繼續(xù)增加氧化時間，去除效率略有提高，但幅度不大，另外，考慮隨著氧化時間的延長，會增加耗電量，增加處理成本，因此，確定最佳氧化時間為90分鐘。

3.2 進(jìn)水濃度對去除效率的影響

生產(chǎn)線含氨氮廢水經(jīng)稀釋后，固定電流（80A）電壓（5.0V），進(jìn)水氯離子含量小于0.5g/L，PH：7.9，氧化時間90分鐘，改變進(jìn)水中氨氮含量，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可看出：當(dāng)進(jìn)水中氨氮在400mg/L左右時，去除效率可達(dá)到85%以上，出水氨氮含量小于60mg/L，提高進(jìn)水中氨氮含量，殘留氨氮大于100mg/L。因此，試驗(yàn)中選擇進(jìn)水氨氮小于400mg/L。

3.3 氯離子含量對去除效率的影響

生產(chǎn)線含氨氮廢水經(jīng)稀釋后，氨氮濃度為340-450mg/L，固定電流（80A）電壓（5.0V），氧化時間90分鐘，PH：8.1，改變進(jìn)水中氯離子含量，結(jié)果如圖5、6所示。

4 工業(yè)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)以上試驗(yàn)，電催化氧化實(shí)驗(yàn)最佳條件為：進(jìn)水中氨氮含量400mg/L左右，氧化時間90分鐘，進(jìn)水中氯離子含量1.5g/L，去除效率可達(dá)到95%以上，氧化后殘留氨氮小于30mg/L。

結(jié)合車間廢水特點(diǎn)：氨氮含量1500-2000mg/L，PH：7-8。我們推薦設(shè)計(jì)工藝方案為：首先采用兩級吹脫去除廢水中80%的氨氮，剩余氨氮采用電催化氧化，吹脫后氨氮采用稀鹽酸吸收后返回氧化池，可增加其中氯離子含量，降低成本。

整個工藝流程可分為五個部分：PH調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、吹脫、吸收、氧化。PH調(diào)節(jié)采用NaOH將廢水PH調(diào)至11-12；溫度調(diào)節(jié)采用飽和蒸汽將廢水升溫至30℃以上；吹脫部分采用吹脫法除氨氮，盡可能降低廢水在的氨氮；氨氮吸收部分采用稀鹽酸吸收吹脫出的氨氮，并返回氧化池利用；氧化部分采用電催化氧化法去除吹脫后廢水中殘余的氨氮，達(dá)到排放要求[3]。

5 結(jié)束語

文章根據(jù)濕法生產(chǎn)車間廢水特點(diǎn)，研究了電催化氧化法處理含氨氮廢水的可行性，從處理成本等方面考慮，通過試驗(yàn)，得出電催化氧化法處理氨氮的最佳條件：進(jìn)水氨氮濃度小于400mg/L，氧化時間90分鐘，進(jìn)水中氯離子含量1.5g/L，則噸水耗電量約30KWh。根據(jù)廢水特點(diǎn)，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)論，設(shè)計(jì)了采用“吹脫+電催化氧化法”處理廢水中氨氮含量在1500-2000mg/L的工藝方案。

參考文獻(xiàn)

[1]曾次元，李亮，趙心越，等.電化學(xué)氧化法除氨氮的影響因素[J].復(fù)旦大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，45（3）：348-352.

[2]商娟，馮秀娟.電化學(xué)在低濃度氨氮廢水處理中的研究進(jìn)展[J].中國資源綜合利用，2010，28（12）：33-35.

[3]胡繼峰，劉懷.含氨廢水處理技術(shù)及工藝設(shè)計(jì)方案[J].水處理技術(shù)，2003，29（4）：244-246.

作者簡介：譚玉虎（1980-），男，工程師，一直從事粉體材料工藝技術(shù)及裝備開發(fā)工作。