電化學脫氮技術在污水處理廠尾水處理中的應用

吳含西 趙渝（.臺州市環(huán)科環(huán)保設備運營維護有限公司，浙江臺州38000；.溫嶺市污水處理有限公司，浙江臺州3750）

0 引言

當前我國的生活污水處理中的有機物和氨氮去除成為一大難點問題。對城市污水進行二級處理之后，其污水尾水中的有機物含量較低，但依舊存有含量較高的總氮（TN），若直接將該污水排進河流，會引發(fā)河流的富營養(yǎng)化，基于此，關于污水處理廠尾水的脫氮技術變得迫在眉睫。

對污水廠尾水中的TN分析，發(fā)現(xiàn)尾水中的C/N比例低，在低C/N的前提下，會對深入的脫氮處理技術帶來干擾。當前我國采取超濾膜、反滲透膜分離以及臭氧活性炭等方式對尾水中的氮含量進行清除，即使獲得了比較好的成效，但還是不能被廣泛運用于污水處理廠的處理之中。

1 電化學脫氮技術的產(chǎn)生原理

所謂電化學處理技術，指的是在電極或者外加電場的輔助下，在專業(yè)的反應容器內(nèi)發(fā)生的一系列物理化學反應，最終實現(xiàn)對廢水污染物的降解效果。電化學處理技術過程中不需要添加任何藥物試劑，同時也不會對環(huán)境帶來污染，故被稱為“環(huán)境友好型”技術。電解脫氮的時候，溶液內(nèi)會產(chǎn)生-OH，羥基自由基本身具備很強的氧化性，可以高效去除污水中的雜物。除此之外，溶液中還會產(chǎn)生Cl-，Cl-會發(fā)生氧化反應變成Cl2和次氯酸根離子ClO-，Cl2以及ClO-都具有強氧化性，可將污水中的氨氮進行直接氧化去除。電解-生物法組合進行處理時，會在電解產(chǎn)生的H2和污水中NH3的作用下進行反硝化，其中NH3-N是電子供體，NO3-N是電子受體，產(chǎn)物為無毒無味的N2。

2 電化學脫氮技術的試驗器材及方法

為了更深層次的對電化學脫氮技術在污水處理廠中的處理進行分析，文章選取試驗的形式展開全面討論。首先，試驗用水的合理擇取，選擇某城市的污水處理廠為試驗基地，該污水處理廠的尾水為試驗用水，需要注意，一定要保證該污水處理廠的出水滿足國家相關標準，才能具備試驗的資格。其次，試驗器材的合理選取，通常情況下選擇材質為PE的試驗器材，要求器材所用電極要具備較強的電催化能力和氧化力，同時將該試驗器材的內(nèi)部電極電位調整到1.5～1.8V 范圍內(nèi)，適當延長該試驗器材的使用時間。把電極板交錯放置，控制各電極板陰陽極留有一定距離，在陰陽極之間填充活性炭、金屬顆粒等物質，會加大電極板的催化效果，具體應用在污水處理廠的過程中，污水會穿過反應器的下部緩慢進入電極板后再流出。

電化學脫氮技術的試驗過程是一個連續(xù)過程，要求試驗期間不可以出現(xiàn)間斷，保障試驗效果的最佳性?；诖耍谠囼炛?，保持試驗用水量為5～10m3·d-1，并且把試驗器材放置在指定位置，同時把催化劑放在原水中浸泡片刻，避免催化劑對脫氮技術產(chǎn)生干擾。之后，再接通器材電源，要求電源的電壓為直流電壓、穩(wěn)定電壓，輸出電壓的大小依據(jù)實際污水情況進行對應調整。尾水在通過水泵之后，對其流量進行調整記錄，觀察催化-電氧反應現(xiàn)象，及時讀取反應器的顯示數(shù)據(jù)，再取出試驗樣品，如此一來就能計算尾水中的總氮含量，并且在電化學脫氮技術處理之后計算出尾水中的總氮含量，對比分析電化學脫氮技術的處理效果是否達標。不同的水質特征，要選取對應的處理方式，其中使用頻率最高的當屬納氏試劑光度法。

3 分析試驗結果

3.1 電流密度

通過對某市的城市污水處理廠的尾水進行電化學脫氮技術操作后，本文先就電化學脫氮技術應用中電流密度的變化特征進行分析討論，以尾水中的TN含量為標準，控制試驗用水的pH=6.0、尾水進水流量為7 m3·d-1，此時對應的TN 含量值位于23.6～27．2mg·L-1范圍內(nèi)，之后每個12h 對試驗用水進行取樣檢測，試驗連續(xù)運行5天，對電極板的電流密度進行觀察分析不難得出，在反應器電極板電流密度依次為10.67 mA·cm-2、16.00 mA·cm-2、32.67 mA·cm-2以及63.33 mA·cm-2時，尾水中TN含量的去除效果有顯著差別，其中電流密度為16．00 mA·cm-2時TN去除率為33．1%，63．33 mA·cm-2時去除率則為53.2%，發(fā)現(xiàn)規(guī)律：電極板陽極的電流密度越高，對應尾水中TN含量去除效果越強，這主要是因為電極板陽極存在固體催化材料，使得陽極的氧化性增強。為了有效控制施工成本，提升TN 含量的去除效果，同時提高電流的利用率，控制最佳電流密度為32.67 mA·cm-2。。

3.2 進水pH值

控制尾水進水流量為7 m3·d-1、電流密度為32.67 mA·cm-2以及進水TN 平均值為26.42 mg·L-1時，對尾水的進水pH 值進行分析處理，可以得出，進水pH 值和電化學脫氮技術TN 含量去除效果之間存在直接性關聯(lián)，但是進水pH 值對電化學脫氮技術TN含量去除效果影響較小。污水處理廠的尾水在經(jīng)過電化學脫氮技術處理之后，尾水進水的pH 值皆處在6.20-7.00 范圍內(nèi)，同時當尾水進水的pH＜5時，電化學脫氮技術處理后的尾水TN 去除率發(fā)生輕微變化，當尾水進水的pH＞5 時，電化學脫氮技術處理后的尾水TN去除率發(fā)生較大下降，總的來說，在尾水進水pH值變化的前提下，電化學脫氮技術處理后的尾水TN去除率的變化程度都不顯著，為了高效控制施工成本，避免資源浪費，通常在進行電化學脫氮技術的時候，不會過多調整尾水進水的pH值。

3.3 水力停留時間

控制尾水進水的pH值皆處在6.20～7.00范圍內(nèi)，尾水進水流量為7 m3·d-1、電流密度為32.67 mA·cm-2以及進水TN平均值為26.42 mg·L-1，對15min、30min、60min 以及90min 的水力停留時間進行試驗分析，結果發(fā)現(xiàn)，隨著水力停留時間的增加，電極板中固體催化顆粒填料和尾水中的污染雜物充分接觸，導致尾水在電場中的駐留時間增加，最終提高了電化學脫氮技術TN含量的去除率，TN的氧化分解性能增強也是由于該原因。需要注意的是，即使增加水力停留時間會加強電化學脫氮技術的TN去除率，但水力停留時間過長，會引發(fā)一些副反應，副反應會對電化學脫氮技術的電流效率起到一定的干擾，通過對某城市污水尾水進行試驗發(fā)現(xiàn)，當水力停留時間超過60min后，電化學脫氮技術的TN 去除率變化幅度減慢，同時也會加大副反應的出現(xiàn)頻率，為了加大尾水的除氮效率，通常選取30min為最佳水力停留時間。

3.4 討論總結

對以上三種要素變化進行深入分析，得出在具體應用電化學脫氮技術處理某城市污水尾水的時候，控制尾水進水的PH值皆處在6.20～7.00 范圍內(nèi)，尾水進水流量為7 m3·d-1、電流密度為32.67 mA·cm-2、進水TN平均值為26.42 mg·L-1以及水力停留時間為30min，才能實現(xiàn)脫氮技術的最佳效能，其中尾水中的NH3-N 的去除率為55.1%，NO3-N 的去除率高達72.9%，所以說，電化學脫氮技術在污水處理廠尾水TN去除方面效果顯著。除此之外，可以發(fā)現(xiàn)電化學脫氮技術在具體運用過程中，主要消耗大量電能，基本上1m3尾水會消耗0.32KW·h 的電量，對于比其他離子交換脫氮、生物脫氮技術，該技術的耗電量相對較小。由于電化學脫氮技術在污水處理廠的尾水處理中具體成本低、效能高、方式簡便以及運行溫度易控制等優(yōu)勢，因此被廣泛運用于各大城市污水處理中。而且經(jīng)由電化學脫氮技術處理過的尾水水質呈中性，不需要調節(jié)反應器的尾水進水pH值，還能實現(xiàn)低C/N基礎下的高校脫氮目標，總之，電化學脫氮技術具備很大的應用價值，其試驗結果已被大多數(shù)城市污水處理商贊同認可，理應被推薦使用。

4 結語

電化學脫氮技術在污水處理廠中的應用得到了業(yè)界人員的高度關注，由于該技術在電解時會產(chǎn)生強氧化劑，以及電解的陰陽極會發(fā)生氧化還原反應，都能對高效去除污水的TN 含量起到輔助作用。文章通過對試驗結果中的電流密度、進水PH 值以及水力停留時間進行分析，得出其對電化學脫氮技術去除總氮量的影響，以便其他污水處理單位借鑒學習。