论文摘要：本文通过实验室模拟用直流电处理低浓度稀土浸矿氨氮废水。试验结果表明：通过单因素试验，发现铜电极初始浓度的变化有较强的适应性；并提出对稀土氨氮废水处理的最佳运行条件为：氨氮浓度为150mg/L，Cl 浓度200mg/L，水温40℃，pH=9，铜做阳极，电压25V，120min内氨氮可降至15mg/L以下，180min时能使氨氮去除率达到97.87%，说明在较低的能耗下具有优良的处理效果。直接电化学氧化和间接电化学氧化是氨氮电化学氧化的两种化学反应机理。氨氮电化学反应的控速步骤是电极反应；增大电压将提高电极反应速度，从而增大氨氮氧化速率；增加氯离子浓度将使电化学反应产生的游离氯浓度增大，从而增加氨氮氧化速率；初始水温对氨氮氧化速率影响不大；弱碱性条件下，发生氯离子的循环转化，有利于氨氮的氧化去除。
论文关键词：直流电,低浓度氨氮,稀土
JiangxiUniversityofScienceandTechnology,GanzhouJiangxi341000;)
直流电氧化现象最初是在处理高浓度氨氮废水过程中发现的，之后研究者们在进水氨氮浓度较高的条件下对直流电氧化工艺作用机理、工艺特征等开展了一系列研究，并取得了显著的成果。而在低浓度氨氮条件下对直流电氧化工艺的研究尚未见报道。因此，研究低浓度氨氮条件下直流电氧化作用机理，对解决传统脱氨工艺存在问题具有重要意义。
1试验部分
1.1主要试剂及仪器
表1主要仪器和设备
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仪 器
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生产厂商
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电子天平
CMD-LH系列精密节能干燥箱
TEFD系列温控仪
79-1磁力加热搅拌器
LM1800系列直流稳压电源
DDSJ-308型试验室电导率仪
620D型笔式数显PH计
UV757CRT紫外可见分光光度计
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北京赛多利斯仪器系统有限公司
上海阳光试验仪器有限公司
江南仪器厂
金坛市杰瑞尔电器有限公司
扬中市绿洲电子仪器厂
上海今迈有限公司
上海任氏有限公司
上海精密科学仪器有限公司
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另：烧杯，量桶，容量瓶，具塞比色管，玻璃棒，移液管，滴定管等若干
表2主要试剂
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主要试剂
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生产厂商
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浓硫酸、氢氧化钠
无水乙醇(AR)
无水硫酸氨(AR)
氯化钠
酒石酸钾钠
典化汞
典化钾
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南京化学试剂有限公司
国药集团化学试剂有限公司
汕头西陇化工厂有限公司
上海凌峰化学试剂有限公司
广州化学试剂厂
国药集团化学试剂有限公司
上海试四赫维化工有限公司
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1.2自制氨氮废水的配制份
根据矿山采样废水成分配制氨氮废水，主要成份见表3，4。
表3配制的硫酸铵溶液
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硫酸铵的用量（mg）
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溶液的体积（ml）
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浓度（mg/l）
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235.56mg
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1000ml
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50mg/l
|
|
471.13mg
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1000ml
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100mg/l
|
|
706.69mg
|
1000ml
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150mg/l
|
|
942.26mg
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1000ml
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200mg/l
|
|
1413.39mg
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1000ml
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300mg/l
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表4配制的氯化钠溶液
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氯化钠的用量（mg）
|
溶液的体积（ml）
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浓度（mg/l）
|
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247.2mg
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1000ml
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150mg/l
|
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329.6mg
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1000ml
|
200mg/l
|
|
494.4mg
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1000ml
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300mg/l
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659.2mg
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1000ml
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400mg/l
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824.0mg
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1000ml
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500mg/l
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按上表数据称取于120℃下干燥两小时后的硫酸铵和氯化钠，用蒸馏水溶解后定容，即可配得试验所需的不同浓度的氨氮废水。
2水处理装置设计
图1为试验装置的示意图。阳极为铜电极，阴极为普通石墨板电极，有效面积A=30cm。无隔膜电解槽为1000ml烧杯。电解槽加盖密封，有固定的进出水孔道和取样口。
图1试验装置的示意图
其中：1一稳压稳流电源；2一电解槽；3一工作电极；4-恒温磁力加热搅拌器（恒温水浴加热器）；5-电导率仪
3.试验方法电极试验
采用图一试验装置，以不同材料为电极为进行试验，四次试验都固定前提条件：进水NH浓度150mg/l，pH=9，Cl浓度300mg/l，电压20V。
试验一：阴极：石墨，阳极：石墨，试验数据见表5
表5以石墨为阳极的试验数据
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温度(℃)
|
时间（分）
|
电流(A)
|
电导率(μs/cm)
|
吸光度
|
出水NH 浓度（mg/L)
|
实际处理率
|
处理最佳效果
|
|
| |
|
18.1
|
0
|
0.53
|
27.5
|
1.008
|
147.03
|
0
|
|
|
|
31.7
|
30
|
1.01
|
34.8
|
0.945
|
137.87
|
0.0809
|
0.3145
|
|
|
53.9
|
60
|
1.31
|
46.1
|
0.756
|
110.38
|
0.2641
|
|
|
|
60.2
|
90
|
1.63
|
56.5
|
0.704
|
102.82
|
0.3145
|
|
|
|
74.1
|
120
|
1.66
|
63.4
|
0.834
|
121.73
|
0.1885
|
|
|
|
76.3
|
150
|
1.79
|
66.2
|
0.734
|
107.18
|
0.2854
|
|
|
|
80.6
|
180
|
1.5
|
70
|
0.917
|
133.80
|
0.1080
|
|
|
试验现象：试验开始后，放映较剧烈，石墨板上马上开始冒泡，温度和电流的变化也较快；直到试验结束溶液一直是无色澄清的；试验结束后，石墨几乎无耗损。
试验二：阴极：石墨，阳极：铝片（有效面积10cm），试验数据见表3-2
表6以铝片为阳极的试验数据
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温度(℃)
|
时间（min）
|
电流(A)
|
电导率(μs/cm)
|
吸光度
|
出水NH4+浓度（mg/L)
|
实际
处理率%
|
处理最佳效果
|
|
| |
|
17
|
0
|
0.32
|
15.12
|
0.988
|
144.124491
|
0
|
|
|
|
25.8
|
30
|
0.74
|
24.8
|
0.789
|
115.1832461
|
0.2321117
|
0.3533
|
|
|
29.7
|
60
|
0.83
|
36.4
|
0.766
|
111.8382781
|
0.2544115
|
|
|
|
33.9
|
90
|
0.7
|
36.9
|
0.737
|
107.6207097
|
0.2825286
|
|
|
|
57.1
|
120
|
0.5
|
37.8
|
0.709
|
103.5485748
|
0.3096762
|
|
|
|
64.4
|
150
|
0.41
|
38.4
|
0.726
|
106.0209424
|
0.2931937
|
|
|
|
69.7
|
180
|
0.33
|
39.2
|
0.664
|
97.00407213
|
0.3533062
|
|
|
试验现象：试验开始3min后，溶液开始出现乳白色，随时间的增加，乳白色更多更明显；90min以后，烧杯最底下开始出现白色沉淀，沉淀上面有一层无色透明的胶状体，沉淀和胶状体越来越多，并形成明显的分层；试验结束时，沉淀大约有2cm厚；试验结束时，观察铝片，有微量的耗损；试验过程中能闻到轻微的氨气的味道。
试验三：阴极：石墨，阳极：细铜线（若干），试验数据见表3-3
表3-3以细铜线为阳极的试验数据
|
温度(℃)
|
时间（min）
|
电流(A)
|
电导率(μs/cm)
|
吸光度
|
出水NH4+浓度（mg/L)
|
实际
处理率%
|
处理最佳效果
|
|
| |
|
10.4
|
0
|
0.42
|
15.12
|
0.958
|
139.7614892
|
0
|
|
|
|
26.7
|
30
|
0.78
|
24.8
|
0.657
|
95.98603839
|
0.3600931
|
0.6868
|
|
|
40.1
|
60
|
0.83
|
36.4
|
0.542
|
79.26119837
|
0.471592
|
|
|
|
56.1
|
90
|
0.85
|
36.9
|
0.32
|
46.97498546
|
0.6868334
|
|
|
|
60.7
|
120
|
0.7
|
37.8
|
0.397
|
58.1733566
|
0.6121776
|
|
|
|
68.4
|
150
|
0.54
|
38.4
|
0.358
|
52.50145433
|
0.6499903
|
|
|
|
70.9
|
180
|
0.41
|
39
|
0.333
|
48.86561955
|
0.6742292
|
|
|
试验现象：试验开始2～3min后，溶液开始出现浅蓝色絮状物；3～60min内絮状物不断增多，颜色从浅蓝变到深蓝；60min以后，溶液中开始出现黑色絮状物，很快絮状物落到烧杯底变成黑色污泥状物体；烧杯内壁、烧杯口及烧杯底部黑色沉淀上都有一层无色透明的胶状物，量，较试验二更多，试验开始10min后就开始产生，到试验结束还存在；试验结束时细铜线好多都已断开；试验中闻到氨气的刺鼻味道。
试验四：阴极：石墨，阳极：粗铜丝，试验数据见表3-4
表3-4以粗铜丝为阳极的试验数据
|
温度(℃)
|
时间（min）
|
电流(A)
|
电导率(μs/cm)
|
吸光度
|
出水NH4+浓度（mg/L)
|
实际
处理率
|
处理最佳效果
|
|
| |
|
18.1
|
0
|
0.5
|
16.08
|
0.878
|
128.1268179
|
0
|
|
|
|
39.3
|
30
|
0.65
|
15.24
|
0.577
|
84.35136707
|
0.4376576
|
0.8837
|
|
|
42.4
|
60
|
0.71
|
14.23
|
0.469
|
68.64456079
|
0.5423696
|
|
|
|
53.1
|
90
|
0.78
|
13.8
|
0.428
|
62.68179174
|
0.5821214
|
|
|
|
54.9
|
120
|
0.98
|
26.5
|
0.258
|
37.95811518
|
0.7469459
|
|
|
|
67.3
|
150
|
0.86
|
27.1
|
0.211
|
31.12274578
|
0.792515
|
|
|
|
71.3
|
180
|
0.89
|
15.1
|
0.117
|
17.45200698
|
0.8836533
|
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试验现象：试验开始后，现象与试验三类似；反应进行的更快，更剧烈；试验开始30min后就开始有刺鼻的味道，刺鼻味道较试验三更浓，无色透明的胶状物也更多；试验结束后，观察粗铜线有一定量的耗损。
通过以上四个试验对比，在可选择的电极中，以粗铜线作电极效率最高，耗损适中，较经济合理，所以本试验将以粗铜线作电化学氧化放应的阳极材料，以石墨作为本试验的阴极。
4结果与讨论
4.1pH对低浓度氨氮废水处理效果的影响
在直流电氧化体系中，pH值是一个普遍而重要的因素。在电化学处理废水中，pH值的大小决定着电化学过程中各化学反应的反应方向及主反应等，从而影响着废水的降解效果。另外，与盐度的存在一样，不同的pH值也一定程度的影响着溶液的电导率，对处理成本有所影响。
试验一，固定其它反应条件：进水NH150mg／L，cl浓度300mg/l，电压20V，用磁力搅拌器适当搅拌，加热条件下处理180min，用H2S04和NaOH调节溶液起始pH值为5，6,7,8,9,10,11进行处理，考察其对氨氮处理效果的影响见图2,3。
图2pH=5,6,7时氨氮浓度随时间变化曲线图
图3pH=8,9,10,11时氨氮浓度随时间变化曲线图
由图2和图3分析可知，pH值对氨氮的电化学氧化去除影响不明显，但酸性条件相对差于弱碱性条件。图3为pH值对氨氮氧化速率的影响，可以看出，在弱碱性条件下，氨氮的氧化优于强碱条件下。pH=5时达到最大值，氨氮氧化速率达到一个较大值。在碱性条件下，氨氮的氧化速率随pH值的增加而逐渐增大，当pH=9时达到最大值，pH大于9，氨氮的氧化速率开始下降。 1/3 1 2 3 下一页 尾页 |
