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电化学技术去除海水养殖废水中氨氮的研究

郭迪  
【摘要】:氨氮是水产养殖中最常见的污染物,也是难以去除的物质。在现有的处理技术中,生物滤器法因具有效率高、传质好和成本低等优点而被最广泛地使用,但也存在一些不足,如启动周期长、不够稳定和干扰因素多。然而,电化学技术操作简单,具有很好的稳定性,已经引起很多的注意。在海水养殖领域,使用电化学技术去除氨氮具有很多的优点,如高盐度可以确保足够大的电导率、减少能耗,高氯离子浓度可以通过电解原位产生强氧化性物质(如游离氯)来提升间接氧化的效果。本文首先对模拟海水养殖废水中氨氮的电化学氧化进行研究,分析了氨氮电化学氧化的影响因素,测定了处理过程中产生的游离氯、羟基自由基和卤代副产物;通过电极的表征和测试获得电极的表面形貌和电化学特性;进而,采用了静态和动态两种电化学氧化装置去除实际海水养殖废水中的氨氮,进一步证明电化学氧化去除海水养殖废水中氨氮的可行性。主要得到以下结论:(1)阳极材料、电流密度和海水盐度是影响氨氮电化学氧化的主要因素;pH在6-9范围内对氨氮去除的影响并不明显;在电化学处理海水养殖废水过程中COD和氨氮可以同时被去除,二者存在竞争关系。(2)海水中氨氮的电化学直接氧化效果不明显,电极表面基本上不生成羟基自由基,氨氮主要是通过间接氧化作用与阳极产生的游离氯发生反应而被去除。(3)阳极材料的表征和测试表明,Ti/TiO2-RuO2-IrO2和BDD电极具有较好的稳定性,但BDD电极价格昂贵,石墨电极的析氯析氧电位差最小,容易发生析氧副反应,所以Ti/TiO2-RuO2-IrO2电极更适合用于海水养殖废水的电化学处理。(4)电化学技术处理实际海水养殖废水过程中,静态装置条件下,电流密度在3-10 mA/cm2范围氨氮30 min内均可被去除;动态装置条件下,电流密度为10 mA/cm2时,水力停留时间在2-10 min内氨氮的最高去除率可以达到87.1%。(5)当实际海水养殖废水中存在有机物时,在电化学处理过程中有机物会与阳极产生的游离氯发生反应生成三卤甲烷等卤代副产物,其中主要是氯代三卤甲烷。如果废水中含有溴离子,会导致生成的三卤甲烷中溴代三卤甲烷的比例增加。后续研究可以考虑结合活性炭吸附工艺来解决游离氯和三卤甲烷这一问题。


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