【純水設(shè)備www.weyiwe.cn】本文采用電化學(xué)氧化法去除低濃度氨氮廢水，并通過正交實驗探討了Ph、電流密度、氯離子添加量、電化學(xué)氧化時間、平板類型等因素對氨氮去除效果的影響。結(jié)果表明，最佳水平組合為pH=7，電解時間為90min，氯離子濃度為2000mg/L，電流密度為20mA/cm2，電極組合為銥鉭鈦板-316不銹鋼。
氨氮是水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，純水設(shè)備可導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，是水體中主要的耗氧污染物。目前國內(nèi)外對氨氮廢水的處理方法主要有氣浮法、折疊點氯化法、電化學(xué)氧化法、離子交換法、物理吸附法和生物脫氨法。其中，電化學(xué)氧化法因占地面積小、操作簡單、清潔環(huán)保等優(yōu)點受到廣泛關(guān)注。去離子水設(shè)備
2實驗部分
2.1原理介紹
電化學(xué)氧化過程可分為直接電化學(xué)氧化和間接電化學(xué)氧化。最終產(chǎn)物以氮氣為主，含有少量的NO2-， NO3-。
2.1.1直接電化學(xué)氧化
2.1.1.1氨氮在陽極表面失去電子后直接氧化去除。在此過程中，氨氮首先吸附在陽極表面，然后在陽極與氨氮之間直接發(fā)生三次電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。如式(1)所示。
氨氮直接電化學(xué)氧化有兩個必要條件:一是需要堿性介質(zhì)條件，以保證部分氨氮作為游離NH3存在;第二個是適當(dāng)?shù)恼姌O電位。
2.1.1.2吸附羥基自由基氧化去除氨氮
當(dāng)electrocatalytic強的金屬氧化物陽極性能,水分子吸附在電極表面與孔的陽極氧化反應(yīng)生成吸附氫氧自由基(•OH),如公式(2)所示。氨氮的吸附氫氧自由基是有效地氧化成氮氣和水,如公式(3)所示。
2.1.2氨氮的間接電化學(xué)氧化
在此過程中，強氧化劑通過陽極反應(yīng)形成，然后與氨氮發(fā)生反應(yīng)，對氨氮進(jìn)行降解和去除。氨氮的間接電化學(xué)氧化根據(jù)氯離子(Cl-)的存在分為氯離子存在和氯離子不存在兩種形式。2.1.2.1 廢水中存在氯離子時，氨氮的電化學(xué)氧化反應(yīng)接近于 “折點加氯除氮”的反應(yīng)過程。水中的氯離子先發(fā)生陽極反應(yīng)生成 活性氯（Cl2、HOCl、Cl O-等），其氧化電位見表 1，然后氧化性很強的活性氯再與氨氮反應(yīng)，從而達(dá)到去除氮的目的，如圖 1 所示。 將氯氣或者次氯酸鈉通入污水中將其中的氨氮氧化成氮氣的 方法叫做折點氯化法。法氯氣在水中不僅會溶解還會發(fā)生反應(yīng)，純水設(shè)備當(dāng) 氯氣通入污水中達(dá)到一定劑量時水中游離氯的含量有一最低值， 此時能夠?qū)钡耆到?。?dāng)氯氣加入量超過該點時，水中游離氯 含量增大而對去除效果沒有改變，這個能達(dá)到最好去除效果而又不造成氯氣浪費的最佳劑量點就是折點。
依據(jù)“折點氯化”反應(yīng)機理，活性氯與氨氮的具體反應(yīng)如下列公式。
此外，活性氯與氨氮的反應(yīng)過程中也會有一些副反應(yīng)的發(fā)生， 如析氧反應(yīng)、析氫反應(yīng)以及消耗活性氯的反應(yīng)等，如下列公式。
2.1.2.2 氨氮廢水不含氯離子時，氨氮主要是被電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的羥基自由基氧化而去除。羥基自由基可以由水或OH（- 堿 性條件下）在陽極氧化產(chǎn)生，其電極反應(yīng)如下：
羥基自由基一種很強的氧化劑去離子水設(shè)備，其氧化電極電位高達(dá) 2.8V（vs.SHE），分別比 H2O2的 1.76 V 和 O3的 2.07 V 高 59％和 35％，也比 其它一些常用的強氧化劑如 KMnO4、Cl2 和 Cl O2 的氧化電極電位高。同時，羥基自由基的電子親和能力為 569.3KJ，具有很高的電負(fù)性或親電性，能夠?qū)Π钡M(jìn)行有效的氧化。氨氮可以被羥基自由基氧化為氮氣和水。
2.2 實驗裝置
本次實驗的主要儀器裝置一覽表見 2。
2.3 實驗方法
實驗原水采用模擬氨氮污水，每次實驗用水量為1L，采用硫酸銨配制模擬氨氮污染液，濃度為為 8mg/L（以 NH4計）。氨氮的測定采用《水質(zhì)氨氮的測定納氏試劑分光光度法（HJ535—2009）》，pH 的測定使用酸度計。
根據(jù)正交實驗表 3 進(jìn)行各組實驗。
極板類型對應(yīng)的極板材料見表 4。
2.4 實驗步驟
以 1 號實驗為例。a.用硫酸銨配制 8mg/L 的模擬氨氮污水，倒入電解槽中)。b.添加 0.825g 氯化鈉(500mg/L Cl-)，調(diào)節(jié)pH=5。c.安裝電極板至電解槽兩側(cè)，連接電線至直流穩(wěn)壓電源。d.設(shè)置穩(wěn)壓直流電源的電流為 0.5A，打開電源并記錄開始時間點解時 間為 15min。e.電解結(jié)束后，純水設(shè)備測試水樣的 pH，并取樣測試氨氮含量，記錄結(jié)果。f.調(diào)整參數(shù)，重復(fù) a-e，進(jìn)行下一組實驗。
3 實驗結(jié)果與討論
3.1 試探性實驗結(jié)果及分析
氯離子濃度和氨氮去除的關(guān)系。在 做正交實驗之前，對氯離子的添加量做了一組試探性實驗。實驗結(jié) 果如見表 5。初始氨氮濃度 8.96 mg/L，電流密度 5mA/cm2，極板間距10cm，電解時間 30min，pH=5.68。
實驗表明，氯離子含量對氨氮的去除具有重要的意義。氯離子 濃度<400mg/L 時，氨氮含量不降反增，其原因初步分析如下： 氯離子含量過低，電解液中主要反應(yīng)為式（15），次要反應(yīng)為 （16）和（17）。
此時，大量水被電解，僅有極少部分氯氣生成，用以氧化氨氮。 也就是說，電解水的量大于氨氮的處理量，造成了氨氮被“濃縮”，含 量不降反增。當(dāng)氯離子濃度達(dá)到一定值以后，主要反應(yīng)為（16）和 （17），此時有足夠的氯氣溶解于水氧化氨氮。從這點來說，氯離子濃 度越高，處理效果越好。但氯離子濃度過高去離子水設(shè)備，則會導(dǎo)致電流效率低 下、能源浪費的問題，甚至?xí)新葰庖莩?，造成安全隱患。因此，應(yīng)當(dāng) 合理控制氯離子濃度，原則是在保障氨氮去除效果的同時，盡量降低氯離子濃度。
3.2 正交試驗結(jié)果及分析
正交試驗的結(jié)果采用方差分析法，分 析結(jié)果見表 6。從正交實驗的極差分析中我們可以確定各因子對氨氮去除效果的主次順序為：時間、氯離子濃度、pH、電流密度、極板 類型。最優(yōu)水平組合為 pH=7，電解時間為 90min，氯離子濃度為2000mg/L，電流密度為 20mA/cm2，電極板組合為銥鉭鈦板-316 不銹鋼。同時根據(jù)分析結(jié)果可以得出，電解時間越長、氯離子濃度越 高、電流密度越大，處理的效果越好。但是也應(yīng)該注意，電解時間過 長和電流密度過高，會造成電流效率低下、能耗高的問題；氯離子 濃度過高有可能會使過量的氯氣逸出，造成安全隱患。
注：《水質(zhì)氨氮的測定納氏試劑分光光度法（HJ 535—2009）》中氨氮檢測下限為0.1mg/L，此處濃度為低于檢測下限。
根據(jù)正交實驗的結(jié)果，純水設(shè)備可以確定在一定的工藝條件下，能夠?qū)⒊鏊钡繙p少至 0.2mg/L 及其以下。陽極材料需要選用貴重金 屬涂層鈦電極，陰極可以選用防腐蝕性能較好的 316 不銹鋼板。佳潔純水設(shè)備公司可根據(jù)客戶要求制作各種流量的純水設(shè)備，去離子水設(shè)備，超純水設(shè)備及軟水處理設(shè)備。純水設(shè)備，實驗室純水設(shè)備。
純水設(shè)備