图8Cl浓度=150mg/l,200mg/l,300mg/l时氨氮浓度随时间变化曲线图

图9Cl浓度=400mg/l,500mg/l时氨氮浓度随时间变化曲线图
由图8,9分析可知,随着氯离子浓度的增加,氨氮浓度随着时间的延长逐渐减少,这说明增加氯离子浓度有利于氨氮的去除,同时也表明在氨氮的氧化降解过程中,间接氧化起主要作用。并且氨氮的氧化速率与氯离子浓度成很好的线性关系,这是因为氯离子浓度越高,产生的次氯酸越多,对氨氮的氧化就越快。相同的电解时间,能耗随氯离子浓度的增加而逐渐降低,电流效率随着氯离子浓度的增加而增大,这是因为增加氯离子浓度,产生的游离氯浓度也随之增加,从而加快了氨氮的氧化。去除单位质量的氨氮所需要的电能减少,因此能耗降低,电流效率增加。综合考虑能耗降低和处理最佳效果及经济因素的限制,氯离子浓度不能无限的增大。因此在实际应用中,要根据实际情况,选择合适的氯离子浓度。
在本试验系统中,较合适的氯离子浓度为200mg/L,在后续试验中,氯离子浓度均采用200mg/L。
4.5氨氮浓度对处理效果的影响
在不同的氨氮浓度下,各种方法对氨氮去除效果不尽相同,为了考察在不同初始浓度的情况下,直流电氧化法的处理效果,做以下试验。
试验五,固定反应条件:进水cl浓度150mg/l,pH=9,电压25V,加热条件下处理180min,用恒温水浴控制水温在40℃,考察其对氨氮废水处理效果的影响见图10,11。

图10初始氨氮浓度=50mg/l,100mg/l,150mg/l时氨氮浓度随时间变化曲线图

图11初始氨氮浓度=200mg/l,300mg/l时氨氮浓度随时间变化曲线图
由图8,9分析可知,在不同初始氨氮浓度的条件下,氨氮浓度随电解时间变化的曲线几乎相互平行,随着电解时间的延长,氨氮浓度线性降低。这说明在氯离子浓度、电压和pH值一定的条件下,在密闭系统中,单位时间内氨氮的去除率比较接近。氨氮浓度小于150mg/l时氨氮氧化速率随初始氨氮浓度的增加而增加,但曲线变化较平缓;氨氮浓度大于150mg/l时氨氮氧化速率随初始氨氮浓度的增加而减小,且曲线变化较大,说明本实验较适用于低浓度氨氮废水的处理,初始氨氮浓度为150mg/l时处理效果最佳。
5结论
⑴氨氮电化学反应的结果表明: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。
⑵氨氮电化学氧化的优化操作条件:氨氮浓度为150mg/L,氯离子浓度为200mg/L,水温为40℃,pH值弱碱性的条件下,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%。
⑶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方式。在低氯离子浓度([Cl])下,电化学氧化过程中产生的羟基自由基的浓度较小,氨氮的去除主要是通过电化学氧化产生的游离氯对氨氮的间接电化学氧化实现。电化学氧化的产物与体系组成及pH值有关,在有氯离子存在的情况下,产物主要是N2和少量的氯胺。
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