电化学氧化法处理高浓度氨氮废水的实验研究

第１８卷第５期　２０１　１年ｌＯ月　东莞理工学院学报　Ｊ０ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＤＯＮＧＣＵＡＮ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　０Ｆ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖ０１．１８　Ｎｏ．５　Ｏｃｔ．　２０１ｌ　

电化学氧化法处理高浓度氨氮废水的实验研究　

袁芳　范洪波。代晋国　

（１．华南理工大学环境科学与工程学院，广州５１００００；２．东莞理工学院化学与环境工程学院，广东东莞５２３８０８；　３．中国环境科学研究院，北京１０００１２）　

摘要：采用电化学氧化对模拟高氨氮废水进行预处理，考察了不同电极材料、电流密度、氯离子浓度和　ｐＨ值等因素对氨氮去除效果的影响。研究结果表明，高电流密度和氯离子浓度有利于氨氮的去除，试验得到　的适宜电解氧化条件为：电流密度１５　ｍＡ／ｃｍ　，氯离子浓度４　０００　ｍｇ／Ｌ，采用Ｔｉ／ＲｕＯ　～ＩｒＯ　电极为阳极，电　解２ｈ。当初始氨氮浓度为５００　ｍｇ／Ｌ时，氨氮去除率可达９９．９％。　关键词：电化学氧化；氨氮去除；电流密度　中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—０３１２（２０１１）０５—００９９—０４　

氨氮是指水中以游离氨（ＮＨ，）和铵离子（ＮＨ　—Ｎ）形式存在的氮。氨氮主要来源于生活污水中　

含氮有机物受微生物作用的分解产物，焦化合成氨等工业废水，以及农田排水等…。氨氮含量较高时，　

会造成地表水体的富营养化，对鱼类呈现毒害作用，对人体也有不同程度的危害。因此，去除废水中的　

氨氮对水体保护十分重要。国内外去除氨氮的方法主要有氨吹托法、反渗透、化学沉淀法、折点加氯　法、生物反硝化法等　Ｊ，这些方法各有其优缺点。　

近年来，电催化氧化技术处理难降解废水在国内外受到了广泛的关注，能有效地去除废水中的氨氮　和难降解有机物。自２０世纪７Ｏ年代以来，电化学氧化技术已经成功地应用于处理印染废水　Ｊ、制革废　

水　Ｊ、含酚废水　、垃圾渗滤液　等一些高浓度氨氮废水。本文采用电化学氧化法处理模拟氨氮废水，　研究关键参数条件对氨氮去除的影响，优化电化学氧化的实验条件，为电化学氧化技术的应用提供技术　

支持。　

１　实验材料与方法　

１．１　实验材料与装置　实验装置如图１所示，主要包括：①电解反应槽，为自制的有机玻璃反应器，尺寸为１０　ｃｍ×１０　ｃｍ　

ｘ　１３　ｅｒａ；②反应极板，阴极为钛电极，阳极为Ｔｉ／ＲｕＯ　一ＩｒＯ　电极等，其规格都为１０　ｃｍ×１０　ｃｍ，实际　使用面积为１０　ｃｍ×８　ｃｍ；③稳压直流电源；④六联磁力搅拌器。　

图１　电化学实验装置结构示意图　

１．２　实验方法　模拟废水由去离子水加ＮＨ　ＣＩ或（ＮＨ　）：ＳＯ　配置，用ＮａＣ１调节ｃ１～浓度，实验用水量为９００ｍＬ。　

考察电流密度、氯离子浓度、不同电极材料、初始ｐＨ值等对氨氮去除效率的影响。　１．３分析方法　

收稿日期：２０１１—０７～Ｏ８　作者简介：袁芳（１９８７一），女，江西临川人，硕士生，主要从事水污染控制研究。

　ｌ００　东莞理工学院学报　

实验中氨氮的测定用钠氏试剂光度法，ｐＨ值用ＰＨＢ－４便携式ｐＨ计测定。　

２　结果与讨论　

２。１　氨氮的直接氧化效果　实验中，选取电极间距为２　ｃｍ，电流密度为１０　ｍＡ／ｃｍ。，以Ｔｉ／ＲｕＯ　一ＩｒＯ　电极为阳极，ｒｒｉ板为阴　

极。用硫酸铵进行配水，溶液中无氯离子，研究氨氮的直接氧化效果，结果如图２所示。　

０　１５　３０　４５　６０　７５　９０　１０５　１２０　电解时间／ｍｉｎ　

图２氦氮亘接电化学氧化效果　

从图２可看出，随着电解时间的延长，氨氮浓度基本没有发生变化。可见，氨氮的直接氧化效果不　理想，氨氮的去除主要依靠问接氧化。　

２．２　电流密度对氨氮去除效率的影响　选取极板间距２　ｅｎｌ，氯离子浓度３　０００　ｍｇ／Ｌ，采用Ｔｉ／ＲｕＯ：一ＩｒＯ：电极为阳极，氨氮初始浓度约５００　

ｍｇ／Ｌ，改变电流密度，分别电解３　ｈ，对不同时间氨氮的浓度进行测定，实验结果如图３所示。　

图３　电流密度对氨氯去除的影响　

图３表明，电流密度对氨氮的去除影响较大。随着电流密度的增加氨氮的去除效率明显增加，氨氮　的氧化速率也随之增大。这是由于电流密度增大时，电极电势增高，ｃｌ一产生的具有强氧化性的物质随　

之增多，相应电化学氧化能力增强　。　

综合考虑氨氮的去除率、电流效率、处理时间和能耗等，电流密度为１５　ｍＡ／ｃｍ　时效果最佳。故　

后续实验均选用电流密度为１５　ｍＡ／ｃｍ　的条件下，考察其他因素对氨氮去除的影响。　２．３　Ｃ１一浓度对氨氮去除效率的影响　

由于间接氧化在电化学氧化过程中起着重要作用，以此ｃｌ一浓度必然是影响氨氮去除效率的一个重　

要因素。ｃｌ一在电化学氧化过程中可生成强氧化剂Ｃ１０一，将有机物、氨氮等氧化。以Ｔｉ／ＲｕＯ　．ＩｒＯ：电极　

为阳极，氨氮初始浓度５００　ｍｇ／Ｌ，电流密度１５　ｍＡ／ｃｍ。，电极间距２　ｃｍ，氨氮的去除效果见图４。　如　∞　∞　∞　４　４　３　３　２　．．　∞Ｌｕ／　蛏　

∞∞∞｛乏∞∞∞∞加ｍ　ｏ　邃斟　

蛹　第５期　袁芳，等：电化学氧化法处理高浓度氨氮废水的实验研究　１０１　

糌　

３０　４５　６０　７５　９０　ｌ０５　１２０　电解时间／ｍｉｎ　

氯离子浓度对氨氮去除的影响　

由图４可见，Ｃｌ一浓度对氨氮的去除影响明显，随着Ｃｌ一浓度的增加，氨氮去除率增大，这同时也　

说明间接氧化在氨氮的去除过程中起着主导作用。　２．４　不同电极材料对氨氮去除效率的影响　氨氮初始浓度５００　ｍｇ／Ｌ，Ｃ１一浓度为４　０００　ｍｇ／Ｌ，电流密度１５　ｍＡ／ｃｍ　，电极间距２　Ｃ１ＴＩ，比较Ｔｉ／　

ＲｕＯ：一ＩｒＯ　、Ｔｉ／ＩｒＯ　一ＴａＯ：、Ｔｉ／ＰｂＯ　三种阳极材料对氨氮的去除效率，结果见图５。　

蓑　

３０　４５　６０　７５　９０　１０５　１２０　电解时ＩＮ］／ｍｉｎ　不同阳极材料对氨氮去除的影响　

０　１５　３０　４５　６Ｏ　７５　９０　１０５　１２０　电解时间／ｍｉｎ　

图６　ｐＨ值对氨氦去除的影响　

图５表明，三种电极材料对氨氮的去除率效：Ｔｉ／ＲｕＯ　－ＩｒＯ　＞Ｔｉ／ＰｂＯ：＞Ｔｉ／ＩｒＯ２一ＴａＯ：。　

２．５　不同ｐＨ值对氨氮去除效率的影响　以Ｔｉ／ＲｕＯ　一ＩｒＯ：电极为阳极，氨氮初始浓度５００　ｍｇ／Ｌ，Ｃ１一浓度为４　０００　ｍｇ／Ｌ，电流密度１５　∞　舳加∞　∞　加ｍ　Ｏ　

４　图　Ｏ　∞　舳　鲫　姗　加ｍ　０　

５　图　０　∞　

∞东莞理工学院学报　

ｍＡ／ｃｍ　，电极间距２ｃｍ，用ＮａＯＨ和Ｈ　ｓ０　调节水样于不同的ｐＨ值，电解２ｈ，氨氮的去除效果见图　

６。由图６可见，初始ｐＨ值对氨氮的去除效率影响不大，但碱性条件下氨氮的去除效果略好于酸性条　件。在酸性条件下，电解产生的氯气较容易逸出，而碱性条件下，氯气的溶解度增加，从而加快了氨氮　

的氧化。同时，碱性环境下的氨氮部分容易转化成氨气而直接逸出。　

３　结论　

电化学氧化法能有效去除氨氮。在有ｃｌ一存在时，电化学氧化以问接氧化为主，其直接氧化效果不　

明显。Ｔｉ／ＲｕＯ：一ＩｒＯ。电极的处理效果优于Ｔｉ／ＩｒＯ　一ＴａＯ　和Ｔｉ／ＰｂＯ：电极。高ｃｌ一浓度和高电流密度有利　

于氨氮的氧化。当氨氮浓度为５００　ｍｇ／Ｌ时，适宜的电化学氧化条件是：Ｃｌ一浓度４　０００　ｍｇ／Ｌ，电流密度　

１５　ｍＡ／ｃｍ　，ｐＨ为中性，在此条件下，以Ｔｉ／ＲｕＯ　一ＩｒＯ　电极为阳极，氨氮的去除率可达９９．９％。　

参考文献　

［１］　徐丽丽，施汉昌，陈金銮．Ｔｉ／ＲｕＯ２一ＴｉＯ２一ＩｒＯ２一Ｓｎ０２电极电解氧化含氨氮废水［Ｊ］．环境科学，２００７，２８（９）：２００９—２０１３．　［２］鲁剑．张勇，吴盟盟，等．电化学氧化法处理高氨氮废水的试验研究［Ｊ］，安全与环境工程，２０１０，１７（２）：５１—５３．　［３］刘占盂．电催化氧化处理染料废水实验研究［Ｄ］．湘潭：湘潭大学，２００４．　［４］　ｓｕｎｄａｒ　ｐａｎｄｉｙａｎ　Ｓ，Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋａｒ　Ｒ，Ｒａｍａｎａｉａｈ　Ｂ，ｅｔ　ａ１．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｕｓｅ　ｏｆ　ｔａｎｎｅｒｙ　ｓａｌｉｎｅ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｍａｌ　ｏｆ　Ｈａｚ—　ａｒｄｏｕｓ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．２０１０．１８Ｏ：１９７—２０３．　［５］Ｍａ　Ｈ　Ｚ，Ｚｈａｎｇ　Ｘ　Ｈ，Ｍａ　Ｑ　Ｌ，ｅｔ　ａ１．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｈｅｎｏｌ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ［Ｊ］．Ｊｏｍａ＇ｎａｌ　ｏｆ　Ｈａｚａｒｄｏｕｓ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００９，１６５：　４７５——４８０．　［６］　Ｚｈａｎｇ　Ｈ，Ｌｉ　Ｙ　ｌ，ｗｕ　Ｘ　Ｇ，ｅｔ　ａ１．Ａｐｐｌｉｅａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｌａｎｄｆｉｌｌ　ｌｅａｃｈａｔｅ　ｉｎ　ａ　ｔｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｅｌｅｃｔｒｏ—　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｒｅａｃｔｏｒ［Ｊ］．Ｗａｓｔｅ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０１０，３０：２０９６—２１０２．　［７］李庭刚，陈坚．电化学氧化法处理高浓度垃圾渗滤液的研究［Ｊ］．上海环境科学，２００３，２２（１２）：８９２—８９７．　

Ａｎ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　

ｏｆ　Ｈｉｇｈ　ＣｏｎＣｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ａｍｍｏｎｉａ　

ＹＵＡＮ　Ｆａｎｇ’　ＦＡＮ　Ｈｏｎｇ－ｂｏ　ＤＡＩ　Ｊｉｎ－ｇｕｏ。　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１　００００，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄｏｎｇｇｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｏｌｏｇｙ，Ｄｏｎｇｇｕａｎ　５２３８０８，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００１２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂｙ　ｃｈｏｏｓｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｍｍｏｎｉａ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ，ａｎｄ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ａｍｍｏｎｉａ　ｒｅｍｏｖａ１　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ．ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ．ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｈ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｆａｃｔｏｒｓ，山ｅ　ｅｘ—　ｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｈｉｇｈ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｆｉｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ａｍｍｏｎｉａ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ．Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｇｏｅｓ　ａｓ　ｆｏｌｌｏｗｓ：ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｉｓ　１５　ｍＡ／ｅｍ　ａｎｄ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　４　０００　ｍ＃Ｌ　ｕｓｉｎｇ　Ｔｉ／ＲｕＯ２，－ＩｒＯ２ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ａｓ　ｔｈｅ　ａｎｏｄｅ．Ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ａｍｍｏｎｉａ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　５００　ｍｇ／Ｌ，＇ａｆｔｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　２　ｈｏｕｒｓ，ａｍｍｏｎｉａ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｒａｔｅ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｕｐ　ｔｏ　９９．９％．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ａｍｍｏｎｉａ　ｒｅｍｏｖａｌ；ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉ