在流动式电解槽中氨氮废水的间接电氧化

第!"卷!第!期!##$年!!%月环!境!化!学&’()*+’,&’-./01&,)2-*3(456!"!’46!,789:!!##$!"全国第七届水处理化学大会暨学术研讨会#论文$!##"年;月<$日%6在流动式电解槽中氨氮废水的间接电氧化"林海波<""!徐!红<!杨喜波<!张恒彬<!李晓萍!$<!吉林大学化学学院!长春!<%##!%&!!白城师范学院!白城!<%A ###%摘!要!研究了氨氮废水在流动式电解槽中的间接电化学氧化!讨论了氯离子浓度’电解液流速’氨氮初始浓度对氨氮去除的影响@结果表明!氯离子浓度和电解液流速对氨氮的去除速率有很大的影响@当电流密度为$#B .(9B >!’流速为$#B 5(B C D ><时!氨氮去除速率常数为%@E ;F <#>$G (5><(B ><(H ><!去除<I G 氨的氮能耗为$$@A I J :@关键词!间接电氧化!电解槽!氨氮废水6!!氨氮废水超标排放造成水体富营养化!能直接或间接影响鱼类的生长和繁殖!甚至造成鱼类死亡!因此!去除废水中的氨氮对水体保护十分重要@尽管目前氨氮的去除有许多方法!有时还采取多种技术联合处理!但还没有一种方法能高效’稳定’经济地处理氨氮废水!有些工艺在氨氮被脱除的同时还带来了二次污染@电化学氧化法能有效地去除氨氮!尤其可以同时除去废水中的其它污染物!在处理垃圾渗滤液’制革’水体养殖’化肥厂外排废水等一些复杂高浓度氨氮废水方面的应用潜力很大)<*"+@氨氮的电化学去除有两种途径,$<%直接电氧化!氨可以直接在阳极失去三个电子被氧化成氮气和水)$+@’1%K %+1>#<-!’!K %1!+K %!>$!%间接电氧化)+!氯离子首先在阳极上被氧化为游离氯!然后溶解在水溶液中形成"活性氯#!作为强氧化剂与氨氮反应产生氮气!最终使溶液氨氮得到去除@氨的间接电氧化过程可表示为,!05>#05!K !!>05!K 1!+#1+05K 1K K 05>!’1K "K %1+05#’!K%1!+K $1K K %05>一般说来!许多工业废水含有氯离子!这些氯离子通过电化学氧化产生活性氯$05!K1+05K 05+>%!对氨氮的去除影响很大!间接电氧化起主要作用@但是!由于忽视氨氮废水中存在的大量氯离子!很少有人对含有氯离子废水的间接电化学氧化进行研究@间接电氧化与阳极材料’活性氯浓度’溶液的传质方式$电解槽结构’电解液流速%的关系很大@在含有氯化钠的溶液中使用L 2.型贵金属氧化物电极!如-C -*M N -C N 2D ’-C -*M N -C N )8等)A !E +!具有析氯过电位较低’电流效率和产率较高’能耗小等特点!对电氧化生成活性氯具有很好的性能@但是!这类电极并不能有效处理一些难生物降解的工业有机废水!例如含酚废水@-C -O P +!阳极在电氧化处理有机废水中表现出良好的性能);+!由于大多数有机废水中含有氨氮污染物!因此!用-C -O P +!阳极研究含有氯离子的氨氮废水的间接电化学氧化过程以及规律具有实际意义@本文在-C -O P +!为阳极’钛网为阴极的流动型电解槽中!以废水中氨氮的去除为目的!考察氯离子浓度’电解液流速’氨氮初始浓度等参数对电解体系性能的影响@<!实验部分流动式电化学反应器为无隔膜压滤机式电解槽!平板网状-C -O P +!作阳极$自制!?#F ?#B B %’!!期林海波等!在流动式电解槽中氨氮废水的间接电氧化<"A !同样面积的-C 网作阴极"电极间距$B B "以间歇循环方式进行恒电流电解@实验温度为室温@实验所用的溶液为氨水#氯化钠配制的不同组成的模拟氨氮废水"以#@$B 45$5><’7!2+"作为支持电解质"每次实验溶液为!###B 5"电解液流速通过转子流量计控制@溶液氨氮浓度用纳氏试剂分光光度法测定%Q =A "A ;&E A ’6!!结果与讨论!@<!氯离子浓度对氨氮废水去除的影响图<表示不同氯离子浓度下氨氮浓度随电解时间的变化规律@在一定的氯离子浓度下"氨氮浓度随电解时间具有很好的直线关系%"约为#@;;’(同时可以明显看到氯离子浓度对氨氮去除的影响很大"当无氯离子时"氨氮浓度几乎不随电解时间改变"随着氯离子的加入"氨氮浓度开始下降@图!表示氨氮去除速率常数#’1%>’%G$5><$H ><’与氯离子浓度的关系"反映出氯离子浓度对氨氮去除速度的影响@随着氯离子浓度的增加"#’1%>’逐渐增大@当氯离子浓度增加到<#G$5><以上时"#’1%>’变化减小"表明氯离子浓度对氨氮去除速度的影响下降(当氯离子浓度达到!#G $5><时"#’1%>’不再变化"表明氨氮去除速度趋于稳定@比较不同氯离子浓度下氨氮完全去除时的能耗%表<’可看出"氯离子浓度为!#G $5><时氨氮完全去除所消耗的电能与氯离子浓度为!$G $5><时相同"可以认为氯离子浓度为!#G$5><是氨氮完全去除的最佳条件@图!!不同氯离子浓度下氨氮浓度与电解时间的关系"#$%!!’1%N ’94D 9R D S 87S C 4D T R 97U 7H 7V M D 9S C 4D 4V S :R R 5R 9S 845U H C H S C B R V 48T C V V R 8R D S 9:548C T R C 4D 94D 9R D S 87S C 4D@图&!氨氮去除速度常数随氯离子浓度的变化"#$%&!*7S R 94D H S 7S V 48’1%N ’T R 97U W C S :9:548C T R C 4D 94D 9R D S 87S C 4D表!!氨氮完全去除后的能耗与不同氯离子浓度的关系’()*+!!&D R 8G U 94D H M B XS C 4D4V’1%N ’V 48<##Y 8R B 4Z 75H 7H 7V M D 9S C 4D4V T C V V R 8R D S 9:548C T R C 4D 94D 9R D S 87S C 4D 氯离子浓度)G$5><<$!#!$电解电量).:$5><<@#;#@;;<@##槽电压)(%@?E%@?"%@$;能耗)J :$5><"@#<%@?#%@$;!@!!电解液流速的影响图%表示在电流密度为$#B .$9B >!#氨氮浓度为<##B G $5><的条件下"不同电解液流速下电解实验的结果@在不同流速下"氨氮浓度随电解时间呈直线关系@随着电解液流速的增加"反应速率常数增大"当流速为$#和E #B 5$B C D><时"反应速率常数相近"这表明氨氮去除受到传质的影响"由于流速增加"扩散和对流相应增大"有利于反应速率的提高(当流速增加到某一值时"传质过程达到极限"反应速率保持恒定@这个结果与氨氮的间接电氧化机理一致!阳极反应!05>#05!K !!>在溶液中05!K 1!+1+05K 1K K 05><"E!环!!境!!化!!学!"卷1+05K’1K"#’1!05K1!+K1K1+05K’1!05#’105!K1!+’105!K1!+#’+1K!1K K!05>’105!K’+1#’!K1+05K1K K05>实际上!氯离子存在下!氨氮溶液的电化学阳极氧化过程主要取决于溶液中活性氯的生成@!@%!氨氮初始浓度的影响在电流密度为$#B."9B>!!流速为$#B5"B C D><的条件下!氨氮初始浓度分别为$#B G"5><! <##B G"5><!<?$B G"5><的实验结果如图"所示@对三种不同初始浓度的氨氮模拟废水!不同氨氮初始浓度的氨氮去除速率常数#’1%>’近似!平均值为%@E;F<#>$G"5><"B><"H><@该值对各种浓度氨氮废水的电化学氧化具有良好的再现性!与氨氮浓度无关@对于已知浓度或体积的氨氮废水!这个结果可用来估计在给定电极面积下去除氨氮所需的电解时间@图,!不同流速下氨氮的去除随电解时间的变化"#$%,!’1%N’T R97U7H7V M D9S C4D4V S:R R5R9S845U H C H S C B R V48T C V V R8R D S V54W87SR 图-!不同初始浓度下氨氮的去除随电解时间的变化"#$%-!’1%N’T R97U7H7V M D9S C4D4V S:R R5R9S845U H C H S C B R V48S:R T C V V R8R D S C D C S C7594D9R D S87S C4D H!@"!能耗评价以电流密度为$#B."9B>!!氯离子浓度为!#G"5><!流量为$#B5"B C D><的电解实验为例!当氨氮去除率为<##Y时!$[!@%".:!%["@A?(!&[!###B56氨氮浓度<##B G"5><!每处理<I G 氨氮需要消耗的电能为$$@A J:@%!结论在流动反应器中!氨氮的电氧化降解反应与溶液中氯离子浓度#电解液流速有关!反应速率与氨氮浓度无关@对于初始浓度为<##B G"5><的氨氮溶液!当电流密度为$#B."9B>!!电解质流速为$#B5"B C D><时!处理效果最好!能耗为$$@A J:"5><@参!考!文!献$<%!0:C7D G/C N9:4M D G!0:7D G\M M N R D!J R D-R D N9:C D!)D T C8R9S+]C T7S C4D&V V R9S C D&5R9S849:R B C975+]C T7S C4D-8R7S B R D S4V/7D T V C55 /R79:7S R$\%6’()*"!+@!<;;$!&.&!’^?A<(?A E$!%!*74’’!24B7H R I:78_,!_7M52’R S75@!&5R9S849:R B C975+]C T7S C4D4V-7D D R8U J7H S R W7S R8$\%6,*-.!/*0!1.234* 563)!1.234@!!##<!/01<<!"(<<%<$%%!/C D21!J M0/!&5R9S849:R B C975*R B4Z754V’C S8C S R7D T.B B4D C7V48.‘M79M5S M8R$\%6’()*"!+6!<;;?!,2&%’^A<$( A!<$"%!林海波!费建民!张恒彬等!电催化氧化法处理化肥厂外排废水的研究$\%6工业水处理!!##"!&-&"’^%?(%E$$%!,78C D R89/!/R9S ab=!&5R9S84N4]C T7S C4D4V.B B4D C7C D J7H S R W7S R8$\%6,@7884*94!1):31.!/6!<;A E!31%%$(%"$$%!J:C S RQ0@!-:R17D T P44I4V0:548C D7S C4D$,%@!D TR T D!X@<A!@&(2;3+):(2<"!=2.34<!’R W348I!c2.$A%!林海波!金属阳极的研究及其应用$\%6有机电化学和工业!<;E?!&1!A(%<$E%!金向军!林海波!*M N-C N2D)-C三元氧化物金属阳极的析氧性能$\%6化学与粘合!!##%!,1<!(<%$;%!-7:78’=!27Z755.!&5R9S849:R B C975L R G87T7S C4D4V O:R D45C D.‘M R4M H245M S C4D4D=C H B M S:L4X R T/R7TL C4]C T R*704B X78C N H4D4V S:R.9S C Z C S C R H4V(78C4M H&5R9S84T Rb48B M57S C4D H$\%6,*7884*94!1):31.!/@!<;;;!&.1!A A(!E%!!期林海波等!在流动式电解槽中氨氮废水的间接电氧化<";!4564789’8:89’7;9<8=49>:;?46>’4;5;">==;54@=54’7;A85"5<%B5#C>D’8C>’8745>":;C8:89’7;9<8=49>:98::>?;@(6A B3<!!C%@32D<!!E7;F C6A B3<!!G@7;F@!2D A B62<!!>?C6(3A862D!"<!-:R0455R G R4V0:R B C H S8U$\C5C Dc D C Z R8H C S U$0:7D G9:M D$<%##!%%!!=7C9:R D G-R79:R8H0455R G R$=7C9:R D G$<%A####>E D’7>9’!!)D S:C H X7X R8$S:R C D T C8R9S R5R9S849:R B C9754]C T7S C4D4V7B B4D C M BD C S84G R D"’1%N’#W7H S R W7S R8 W7H C D Z R H S C G7S R T C D7V54WR5R9S849:R B C9759R55@-:R R V V R9S4V9:548C T R C4D94D9R D S87S C4D$V54W87S R7D T C D C S C75’1%N’94D9R D S87S C4D4D’1%N’94D9R D S87S C4DT R97U W7H R5M9C T7S R T@-:R9R55X R8V48B7D9RW7H R Z75M7S R T C D S R8B H4V S:RT R97U4V’1%N’N94D9R D S87S C4D7H7V M D9S C4D4V S:R9M88R D ST R D H C S U$V54W 87S R$7D T C D C S C75’1%N’94D9R D S87S C4D@-:R R]X R8C B R D S758R H M5S H C D T C97S R T S:7S9:548C T R C4D94D9R D S87N S C4D7D T V54W87S R:7Z R7G8R7S R V V R9S4D’1%N’94D9R D S87S C4D8R B4Z7587S R@b48S:R4X R87S C4D7594D T C N S C4D H M H R T C D S:R R]X R8C B R D S H$S:R87S R94D H S7D S V48’1%N’T R97U W7HW C S:77Z R87G R Z75M R4V%@E;F<#>$G&5><&B><&H><V4879M88R D S T R D H C S U4V$#B.&9B>! 7D T7V54W87S R4V$#B5&B C D><6c H C D G S:R H R X787B R S R8H$$$@A I J:C H94D H M B R T V48S:R94B X5R S R8R N B4Z754V<I G4V’1%N’@!!F+G H I J K L!C D T C8R9SR5R9S849:R B C9754]C T7S C4D$R5R9S849:R B C9759R55$7B B4D C M B D C S84G R D"’1%N ’#W7H S R W7S R86在流动式电解槽中氨氮废水的间接电氧化作者：林海波， 徐红， 杨喜波， 张恒彬， 李晓萍， LIN Hai-bo， XU Hong， YANG Xi-bo ， ZHANG Heng-Bin， LI Xiao-ping作者单位：林海波,徐红,杨喜波,张恒彬,LIN Hai-bo,XU Hong,YANG Xi-bo,ZHANG Heng-Bin(吉林大学化学学院,长春,130023)， 李晓萍,LI Xiao-ping(白城师范学院,白城,137000)刊名：环境化学英文刊名：ENVIRONMENTAL CHEMISTRY年，卷(期)：2005,24(2)被引用次数：12次1.Chiang Li-Choung.Chang Juu-en.Wen Ten-chin Indirect Oxidation Effect in Electrochemical Oxidation Treatment of Landfill Leachate 1995(02)2.Rao N N.Somasekhar K M.Kaul S N Electrochemical Oxidation of Tannery Wastewater[外文期刊] 20013.Lin S H.Wu C L Electrochemical Removal of Nitrite and Ammonia for Aquaculture 1996(03)4.林海波.费建民.张恒彬电催化氧化法处理化肥厂外排废水的研究[期刊论文]-工业水处理 2004(04)5.Marinerc L.Lectz F B Electro-oxidation of Ammonia in Wastewater 19786.White G C The Handbook of Chlorination.2nd edn, p.1727.林海波金属阳极的研究及其应用 19868.金向军.林海波Ru-Ti-Sn/Ti三元氧化物金属阳极的析氧性能[期刊论文]-化学与黏合 20039.Tahar N B.Savall A Electrochemical Degradation of Phenol in Aqueous Solution on Bismuth Doped Lead Dioxide:a Comparisonof the Activities of Various Electrode Formulations 19991.郑向勇.严立.叶海仁.程天行.李军.王崇.孔海南电化学技术用于污水脱氮除磷的研究进展[期刊论文]-水处理技术 2010(1)2.苏静.徐红.林海波.李金京.黄卫民.季洪海滤压式电解槽间接电氧化处理污染物的过程模拟[期刊论文]-吉林大学学报（工学版） 2009(4)3.徐红.苏静.项新亮.黄卫民.林海波滤压式电解槽中氨氮间接电氧化反应动力学[期刊论文]-高等学校化学学报 2008(7)4.陈晨.刘慧勇氨氮在SnO2-C/Ti电极上的氧化[期刊论文]-应用化学 2008(7)5.林海波.伍振毅.黄卫民.徐红.张雪娜工业废水电化学处理技术的进展及其发展方向[期刊论文]-化工进展2008(2)6.刘健.李哲氨氮废水的处理技术及发展[期刊论文]-矿冶工程 2007(4)7.李媚.孙红霞.胡万鹏.蓝丽红.廖安平电催化氧化处理变性木薯淀粉生产综合废水研究[期刊论文]-环境工程学报 2007(4)8.杨建峰石灰沉淀—浮选分离法回收废水中磷的研究[学位论文]硕士 20079.徐红.刘德佳.姜梅.林海波电化学氧化-超滤组合工艺在炼油厂水处理中的应用[期刊论文]-石油炼制与化工 2006(7)10.曾次元电化学法处理城镇污水中的氨氮[学位论文]硕士 200611.杨慧敏.何绪文.何咏电化学氧化法处理微污染水中的氮[期刊论文]-环境化学 2010(3)12.邹安华不同水质中磷酸铵镁的结晶形态及回收研究[学位论文]博士 200613.顾域峰.郑向勇.叶海仁.张业建.严立.李军.孔海南钛电极电催化氧化去除源分离尿液中氮的研究[期刊论本文链接：/Periodical_hjhx200502007.aspx。