基于电化学氧化法处理燃煤电厂高盐氨氮废水的分析

王德鑫，金光，王健(华电电力科学研究院有限公司，辽宁沈阳 110000)

1 实验部分

1.1 试剂与设备、仪器

盐酸，质量分数31.00%，工业品；氯化铵、硫酸钠、氯化钠，优级纯[1]。在线氯表；在线pH计；在线电导率仪；在线氨氮仪；废水升压泵；整流柜；停留水箱1.00 m3；混合水箱5.00 m3；电解装置[2]。

1.2 实验装置

组成该实验装置的有电器控制、酸洗、水源系统以及电解装置[3]。电解所采取的电流是380 V/50 Hz交流电经过整流转变的直流电，并对输出规定量进行控制[4]。该工艺流程如图1所示。

图1 电解工艺流程

实验中，在混合水箱内把氨氮废水充分的进行混合，经过滤器进入电解装置进行电解，出水进入停留水箱，其会对产生的氢气进行排放。在次氯酸钠发生器前后进行进出水取样设置，并对由酸洗箱和酸洗泵组成的电极酸洗装置进行设置。

1.3 实验废水

水样A和J为脱硫废水和精处理再生废水一比一收集得到的，B～I水样为精处理再生废水收集得到的，实验废水样品如表1所示。

表1 废水样品

1.4 分析方法

水样中各指标含量在取样后考虑会方法是变化，所以，为了对各指标结果匹配性进行保证，可在线读取实验数据，并在开始实验前对比手测和在线表计，发现在5.00%以内的误差，结束电解后，重新标记表计[5]。

手工分析方法：对游离氯含量采取邻联甲苯胺比色法；对总余氯含量采取N，N-二乙基对苯二胺分光光度法；Cl-含量采取硝酸银滴定法；COD采取重铬酸钾法；NH3-N含量采取水杨酸-次氯酸盐分光光度法。

2 结果与分析

2.1 电流密度对NH3-N降解影响

控制进水流量为1.50 m3/h左右，停留时间控制为1.20 min，改变装置电流，对于水样A在电流密度不同的条件下进行电解，保持初始NH3-N浓度为不变的废水，以1.20 min停留时间通过电解装置，降解的NH3-N浓度会随着电流密度的增加而增大，两者为R2=0.97的线性关系[6]。

2.2 停留时间与NH3-N降解的关系

对水样A在不同电流密度下电解，在电解装置中，通过对进水流量调节，来控制水样A分别为1.00～2.00 min的停留时间，NH3-N随电流密度在不同停留时间下的变化为，在相同电流密度下，NH3-N废水通过电解装置其降解率受到停留时间的影响较大[7]。当电流密度不变下，出水温度为25 ℃，NH3-N浓度为121.00 mg/L时，在电解装置内NH3-N降解率随着废水停留时间越长而越高。

2.3 Cl-含量对NH3-N降解的影响

对水样B、C、D在不同电流密度下电解，在电解装置中，对上述水样通过调节进水流量来控制停留时间为1.00 min。在恒定电流密度下，一定NH3-N含量的废水通过电解装置，Cl-含量能够显著的影响NH3-N降解的效果。当NH3-N浓度为120.00 mg/L、出水温度为25 ℃时，在电解装置内NH3-N降解率随着废水初始Cl-含量越高而越大。

2.4 TDS对NH3-N降解的影响

对水样B、E、F在不同电流密度下电解，在电解装置中，对上述水样通过调节进水流量来控制停留时间为1.00 min。NH3-N降解能力在相同电流密度、不同TDS下基本一样；而NH3-N降解速率因为我停留时间是相同的，所以也基本上保持一致；除此之外，电解可调电流会随着TDS的提升，其上限也会有着明显的提高。

2.5 水温对NH3-N降解的影响

将直热式电加热器放置在混合水箱内对水样B进行加热并搅拌，使水样B以恒定电流密度与停留时间通过电解装置[8]。NH3-N降解率在电流密度不变，相同停留时间水样经电解装置时，随着水温上述而下降，NH3-N降解率在接近36 ℃时迅速下降，当为38 ℃时NH3-N降解率低于10.00%，这是因为电解产生的游离氯加速分解[9]。

2.6 反应机理

在电解中水样G与H游离氯与总余氯含量如表2所示。

表2 游离氯与总余氯的含量

通过表2能够看出，在电解初始水样当中，电流密度发生改变，总余氯质量浓度随之发生变化，都是由大概1.00 g/L左右上升到1.50 g/L左右。由此能够说明，在水样反应初期，因为存在NH3-N所以会消耗电解产生的氯。当水样中的NH3-N去除后，总余氯含量继续电解会出现上升的情况，其浓度会提高到2.50 g/L以上。这种情况主要是因为水中还原剂比较缺乏，不能消耗余氯。

在对NH3-N电解去除中，总余氯质量浓度以及游离氯质量浓度在不同的电流密度下，均为20%左右。总余氯质量浓度和游离氯质量浓度在NH3-N去除之后继续电解可提高到70%以上。这与水中存在Cl-下，NH3-N生成氯胺和氮气的途径是相符的。由此NH3-N电化学氧化反应非常接近折点加氯除氮反应。Cl-先生成游离氯，之后再和NH3-N进行反应氧化成NO2-N、NO3-N、N2以及其他产物。

2.7 电极清洗对NH3-N降解的影响

对水样J在不同电流密度下进行电解，停留时间为1.20 min，电解装置电极使用4.00%的盐酸溶液循环进行20 min清洗，之后对水样进行电解[10]。NH3-N浓度在停留时间相同下随着电流密度增加而降低，清洗电极后，变化更加明显，由此表明极板表面结垢及污染会对电极活性进行降低，从而对NH3-N降解造成影响。对NH3-N废水在相同电流密度下电解，电解平均能耗极板清洗后要比清洗前低，大概能够降低10.31%。

2.8 电解对NH3-N以外污染物的影响

对水样J在300 A/m2的电流密度下进行电解，停留时间控制在1.20 min，等到出水温度稳定之后，立即把废水电解前后的水样送检分析水质。结果表明，总镉在废水电解之后会出现降低，而其他的各个重金属总量基本上没有任何变化，由此也能够表明电解不能降低重金属；镁、钙等阳离子出现小幅度的提升，大概在5%左右，而出现这种情况可能是电解中，废水中的酸度会因为游离氯而大幅度的提高，将废水中含有金属的沉淀物等进行溶解所致；硫酸盐的含量有着比较大的提升，这可能是在酸性条件下硫化物被氧化而生成硫酸盐所致。另外，废水中大的COD在电解之后，相比电解前有着非常明显的下降，其降解率达到了91.23%，这表明对于废水通过电解不但能够去除NH3-N，还能对废水中的COD进行有效降解。

3 结语

研究表明，燃煤电厂高盐NH3-N废水中的COD和NH3-N能够电解降低，但重金属不能降解；电极表明清洁度、初始Cl-含量、停留时间以及电流密度越高，NH3-N降解效果就越好；NH3-N降解效率在水温高于36 ℃时下降比较快。通过实验可以看出，在NH3-N废水处理中，应用电化学工艺能够对脱硫废水COD高的问题解决。