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《哈尔滨工程大学》 2019年
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电催化-电絮凝技术高效处理船舶生活污水的效能研究

王永祺  
【摘要】:随着船舶运输行业的不断发展,船舶生活污水排放量逐渐升高,水体污染进一步加重。国际海事组织(IMO)发布了最新规范,氮磷排放标准进一步提高,船舶生活污水处理工艺面临新的挑战。本研究提出将电催化氧化与电絮凝/电催化还原两级电解联用(EO-EC/ER)的方法,利用电催化氧化工艺达到脱碳、硝化的效果,进一步利用电絮凝/电催化还原达到反硝化、除磷的效果,最终实现同步高效去除污水中碳氮磷的目的。通过静态试验研究了不同影响因素对耦联装置处理效果的影响,从而确定了最佳运行工况,分析其反应机理,为实际应用提供理论依据。一级电解为电催化氧化,采用DSA电极(Ti/Sb-SnO_2/α-PbO_2/β-PbO_2),通过静态试验,研究了电流密度、氯离子浓度、pH值、极板间距等运行参数对其去除COD和氨氮的影响。在最优工况下,COD和氨氮的去除率高达95.6%和98.78%,副产物氯胺的生成量也达到最低。发现随着氯离子浓度的升高,氨氮的降解效果升高,而COD的降解效果降低,并且氨氮优先于COD被降解,通过机理分析可知,ClO~-优先于·OH生成,并且ClO~-对COD的氧化效果较差,当氯离子降低到一定浓度时·OH才开始大量生成,此时COD迅速被降解。二级电解为电絮凝/电催化还原耦合,为探究耦合机理、优化耦合效果,首先研究了电催化还原单独运行时,不同阴极材料和配比以及不同影响因素对反硝化效果及氮气选择率的影响,最终选择双层TiO_2-Pd/Sn(2:1)为电催化还原阴极,得知Sn和Cu是NO_3~-→NO_2~-的活性金属,Pd是NO_2~-→N_2的活性金属,并发现过高的电流密度虽然会提高反硝化效果,但是会降低氮气选择率,并且阴离子中HCO_3~-对反硝化影响最大。电絮凝/电催化还原耦合采用Al板为阳极,双层TiO_2-Pd/Sn(2:1)为阴极,研究了电流密度、pH值、极板间距等运行参数对其同步去除硝酸盐和磷酸盐的影响。在最佳运行工况下,硝酸盐和磷酸盐去除率高达99.5%和98.8%。对比耦合前后的效果发现,耦合后硝酸盐的去除速率较电催化还原单独运行提高了1.77倍,并且气浮效果较电絮凝单独运行明显减弱,缩短了絮体的沉降时间。最后考察两级电解试验装置连续运行对实际生活污水碳氮磷污染物不同负荷的处理效果,出水COD、TN、氨氮和TP均能满足国际排放标准,表明该处理装置效果稳定,有一定的抗负荷能力。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:X736.3

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