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《重庆工商大学》 2018年
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电解法处理尿液中氮磷的研究

陈侣存  
【摘要】:根据人们所处地的环境条件以及食物摄入习惯及量的差异,每人每天排放尿液的量和成分略有不同。人体排放的尿液占城市污水量的1%,但贡献了大约80%的氮、50%的磷酸盐、10%的化学需氧量(COD)和70%的钾(K),以及相当数量的硫酸盐、钾盐、激素、药物及其代谢产物。目前国内外生活污水的排放方式基本上都采用“水冲厕所—污水管网—污水处理厂”这一模式,然而这一模式存在着一些弊端,例如:水资源耗费量大、投资运行成本高、污泥难以处理、能耗高、不利于回收氮磷资源等有效资源。相对于混合排放污水,如将污染物浓度高但体积小的屎尿单独收集处理,并将处理后回水进行回用,必有利于降低目前城市污水处理厂的运行负荷,提高出水水质。正是基于节能和实现自动化、资源化这一理念,越来越多国家的专家学者提出了从源头上将生活污水进行分类收集并单独处理的有效技术。电化学技术相较于传统的尿液微生物处理技术,具有反应器设备简单、占地面积小、易实现自动化、无二次污染等优点,已成功运用到多数工业废水处理中。氨氮和有机物的降解主要依靠电解过程中产生的OCl~-或Cl_2间接氧化,同时也包含直接氧化的协同作用在里面,但直接氧化效率非常低。氨氮大部分最终氧化为氮气,一小部分则形成硝酸盐,溶液中可降解有机物则被矿化。本实验研究在前人研究和自身实验成果的基础上,拟分别以模拟人体尿液和实际尿液为研究对象,以氮、磷、有机物为目标污染物,深入探索电化学脱氮、降解有机物和除磷工艺各因素的影响情况,并制作一种小型装置将以上工艺进行整合,并将运行参数进行优化,经过处理使尿液中的氮、磷、有机物含量得到降低,为尿液的后续处理以及高浓度氮磷废水的处理提供科学依据。主要结论如下:(1)钛钌铱材料(RuO_2-IrO_2-TiO_2/Ti)电极作为阳极对于氨氮和有机物的去除效果优于石墨和铁电极。三个因素对氨氮、有机物降解影响程度由大到小的顺序为:初始pH〉电流密度〉极板间距。在确定的最优实验条件下,不调节尿液pH值,180min对尿液中氨氮和COD的的去除率达到91%、44%,所以可以运用电解技术来进行尿液脱氮和降解有机物的处理。(2)以铁板电极作为阳极材料,理论最优组合条件下90min对实际尿液中总磷、氨氮和COD的去除率达到94%、32%和15%。阴极材料(钛钌铱(RuO_2-IrO_2-TiO_2/Ti)、钛板、石墨)则对系统除磷的效果影响不大,三个因素对系统电解除磷效果影响程度的小大为:初始pH〉电流密度〉极板间距。(3)将电催化氧化技术与电絮凝技术进行整合,设计并制作一种小型装置。选取石墨和不锈钢作为电极材料,调换电极交替进行脱氮除磷工艺,确定脱氮、降解有机物过程和除磷过程总时间分别为160min和80min。(4)整合工艺反应进行240min对模拟尿液中氨氮、COD、总磷最终去除率分别为83%、51%、92%。对实际尿液处理也有不错的效果,不调整尿液pH,对氨氮、COD、总磷的去除率最高达到82%、38%、90%。间歇性地进行电极极性调换,不锈钢电极表面没有发生明显钝化现象,对降解尿液中氨氮、COD、总磷具有可行性。由于实验条件和时间的限制,本文对尿液中氨氮、COD、总磷的去除研究仅限于实验室阶段,电解过程物理化学反应复杂、尿液成分复杂且个体差异明显、理化性质不稳定等涉及实验因素诸多,其中难免有不足之处。今后还需对电化学处理技术的机理以及尿液电化学法的实际应用展开深入的研究。
【学位授予单位】:重庆工商大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X703

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【参考文献】
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