冶炼综合废水电化学法脱氮处理.pdf

第6 2 卷第3 期 2 010 年8 』j 有色金属 N o n f e r m u sM e t a l s V 0 1 ．6 2 ．N O ．3 A u g ．20 10 冶炼综合废水电化学法脱氮处理 杨晓松1 ”，邵立南2 1 ．中国矿业大学化学与环境工程学院，北京10 0 0 8 3 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京10 0 0 4 4 摘要针对当前各种冶炼综合废水中氨氮处理方法存在的问题，通过试验系统研究电化学法脱氮的最佳运行参数和去除 机理。结果表明，最佳工艺参数为投氯比为I 5 和电流强度为1 ．7 A 。运行费用为6 ．9 元／t ，与物化法、吹脱法等相比具有处理效 率高．运行赞用低、设备占地面积小等综合优势。电化学法脱氮中，“活性氯” O C I 一 与氨氮发生的反应起主导作用。 关键词环境j 二程；冶炼综合废水；电化学方法；氨氮废水 中图分类号X 7 5 8文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 1 0 0 3 0 1 4 6 0 3 大型冶炼厂排放的综合废水中含有煤气洗涤水 导致氨氮浓度过高，由于循环利用，氨氮浓度累计达 到2 0 0 ～3 0 0 m g ／L ，直接排放将对生态环境构成严重 威胁。为满足公众对环境质量要求的不断提高，国 家对氨氮制订了越来越严格的排放标准。目前主要 采用吹脱和化学沉淀的方法对该种浓度的氨氮废水 进行处理，但上述方法不同程度地存在设备投资和 运行费用高、占地面积大、容易造成二次污染等问 题- s ] 。由于冶炼综合废水生化性差，不宜直接应 用生化法，目前对冶炼综合废水中氨氮去除还缺乏 先进适用技术。为此进行探索，应用电化学法进行 冶炼综合废水脱氮试验研究，确定最佳工艺参数，分 析其去除机制，为今后电化学法应用工程实践提供 指导。 1实验方法 1 ．1 原水水质及排放指标 试验原水为某冶炼厂的综合废水，氨氮浓度为 2 0 0 ～3 0 0 m g ／L 。排放水质指标要求满足污水综合 排放标准 G B8 9 7 8 - 1 9 9 6 中一级标准 1 5 m g ／L 。 1 ．2 试验装置 脱氮试验装置由反应器、电极、M P S 7 0 2 直流电 源、B T ．1 0 0 恒流泵等组成，如图1 所示。 1 ．3 试验过程 分别进行不同的投氯比 氨氮与氯离子摩尔 收稿日期2 0 0 9 0 8 2 6 基金项目国家科技支撑项目 2 0 0 6 B A B 0 4 8 0 6 作者简介杨晓松 1 9 6 5 一 ，男，黑龙江齐齐哈尔市人，教授级高 工，博士生，主要从事环境工程等方面的研究和工程设 计工作。 D V 图1 试验装置 F i g ．1 S c h e m eo fe x p e r i m e n t a ld e v i c e 比 、电流强度对脱氮处理效果影响的试验，每电解 1 5 m i n ，测定出水的氨氮指标。分析方法采用纳氏试 剂光度法。 2试验结果与讨论 2 ．1 氯离子含量对脱氮效果的影响 取原水1 L ，在外加电压1 1 V ，板间距为1 ．0 c m 的试验条件下，电解1 h ，每隔1 5 m i n 取样一次。分 别对不投加氯化钠、投氯比 氨氮与氯离子摩尔比 1 3 和1 5 三种情况进行试验，脱氮效果见图2 。 从图2 可以看出，不投加氯化钠时，氨氮去除率 仅有2 3 ．4 2 ％，而投加氯化钠以后，氨氮的去除率显 著提高。投氯比为l 3 ，电解时间为7 5 m i n 时，氨氮 去除率为7 2 ．4 2 ％。投氯比为1 5 ，电解时间为 7 5 m i n 时，氨氮去除率为9 7 ．1 0 ％，脱氮效果非常好， 所以确定投氯比为1 5 。 2 ．2 电流强度对脱氮效果的影响 取原水1 T ．，在板间距为1 ．O c m ，投氯比1 5 时， 万方数据 第3 期杨晓松等冶炼综合废水电化学法脱氮处理 1 4 7 3 0 0 2 5 0 - o 2 0 0 x Z 1 5 0 Z1 H 5 0 O 0 1 5ⅢJ4 5“I7 5 电解B 寸间，m i I l 图2氯离子含量对脱氮效果的影响 F i g ．2 E f f e c to fc h l o r i d eo na m m o n i ar e m o v a li nl e a d a n dz i n cs m e l t i n gc o m p r e h e n s i v ew a s t ew a t e r 电解7 5 m i n ，每隔1 5 m i n 取样一次。分别对电流强 度为2 ．3 ，2 ．0 ，1 ．7 和1 ．5 A 四种情况进行电解试验， 脱氮效果见表l 。 从表1 可以看出，随着电流强度的降低，氨氮去 除率随之降低，但不是特别明显。电解6 0 r a i n 时，氨 氮去除率分别为8 1 ．6 9 ％，7 8 ．4 6 ％，7 3 ．8 6 ％， 7 2 ．4 4 ％。电解7 5 m i n 时，氨氮去除率分别为 9 7 ．1 0 ％，9 7 ．3 7 ％，9 4 ．8 2 ，9 0 ．5 1 ％。随着电流强度 的降低，吨水电耗有了明显的降低，电解6 0 m i n 时， 吨水电耗分别为1 3 ．2 1 ，1 1 ．6 9 ，9 ．5 5 ，7 ．8 5 k W h 。电 解7 5 m i n 时，吨水电耗分别为1 6 ．4 9 ，1 4 ．7 9 ，1 1 ．4 5 ， 9 ．8 4 k W h 。可见，随着电流强度的降低，吨水电耗比 氨氮去除率降低的更快。在保证氨氮去除率达到要 求的前提下，适当的降低电流可大大降低能耗。在 均衡考虑氨氮去除可以达标及吨水电耗的前提下， 选择电流强度1 ．7 A 为最佳电流强度。 表1电流强度对脱氮效果的影响 T a b l e1 E f f e c to fc u r r e n ti n t e n s i t yo na m m o n i ar e m o v a li ns m e l t i n gc o m p r e h e n s i v ew a s t ew a t e r 2 ．3 能耗与运行成本分析 在板间距为1 ．0 c m ，投氯比1 5 和电流强度为 1 ．7 A 的试验条件下，能耗与氨氮去除率的关系如图 3 所示。从图3 可以看出，随着氨氮去除率的增加， 能耗也随之增加，当电解到7 5 m i n 时，氨氮去除率达 到9 4 ．8 2 ％时，水中氨氮的浓度为1 3 ．6 2 8 m g ／L ，已 达到排放的标准，而此时的吨水能耗为1 1 ．4 5 k W h ， 吨水N a C I 的投加量约为3 k g ，按每度电0 ．5 元，每吨 N a C l 价格4 0 0 元计算，运行费用为6 ．9 元／t 其中， 药剂费约为1 ．2 元／t ，电费为5 ．7 元／t 。目前处理 该类废水常用方法主要有吹脱法和化学沉淀法。其 吨水综合运行成本一般在1 0 元以上，并且出水指标 不够稳定。同时，电化学方法占地面积小，冶炼厂对 电解工艺比较熟悉，便于操作管理。可见，在适当场 合采用电化学方法与之相比，有一定的优势。 冶炼综合废水属于低碳源重金属废水，生化性 较差，单纯采用生化法效果不好。根据废水性质和 处理要求，可考虑将电化学法和物化法 或生化法 结合成一个组合工艺，降低能耗，降低运行成本，保 证出水水质稳定，实现低成本和高效益。 2 ．4 电化学法除氨氮机理 根据试验数据和分析，总结电化学法除氨氮机 理。 1 由水电解生成的羟基自由基O H ，作为电 化学氧化过程中必要的中间反应物质。与氨氮发生 氧化反应，生成N ，从而使氨氮从水溶液中得到去 除。 2 水中的氯离子在阳极上被氧化成游离氯， 然后溶解在水溶液中形成“活性氯” O C l 一 ，作为 电化学氧化过程中必要的中间反应物质，与氨氮发 生氧化反应，生成N ，从而使氨氮从水溶液中得到 去除。其中“活性氯” O C I ’ 与氨氮发生的反应起 万方数据 1 4 8 有色金属第6 2 卷 霎 耀 耀 * 智 02 I 4 0 H l8 01 0 0 氦氮去除率，％ 图3 能耗与氨氮去除率的关系 F i g ．3 R e l a t i o nb e t w e e ne n e r g yc o n s u m p t i o n a n da m m o n i ar e m o v a lr a t e 主导作用，这就是投加氯化钠比不投加氯化钠直接 电解的处理效果好的原因。 参考文献 3结论 1 利用电化学法可以使冶炼综合废水出水的 氨氮浓度由2 0 0 3 0 0 m g ／L 稳定达到1 5 m g ／L 以下， 满足污水综合排放标准 G B8 9 7 8 1 9 9 6 中的一级 标准要求。 2 最佳工艺运行参数为投氯比为l 5 ，电流强 度为1 ．7 A 。多周期运行表明，电化学法运行费用为 6 ．9 元／t 其中，药剂费约为1 ．2 元／t ，电费为5 ．7 元／ t 。与传统吹脱法和化学沉淀法相比，有一定优势。 3 分析了电化学法脱氮机理为电解生成的羟 基自由基- O H 和“活性氯” O C I 。 ，作为电化学氧 化过程中必要的中间反应物质，与氨氮发生氧化反 应，生成N ，从而使氨氮从水溶液中得到去除。其 中“活性氯” O C l 一 与氨氮发生反应起主导作用。 [ 1 ] 何绪文，龚彦字，王培京，等．电化学法用于微污染水脱氮处理实验[ J ] ．环境工程，2 0 0 9 ，2 7 1 5 7 ． [ 2 ] 章丽萍，何绪文，张珊珊．N H ，．N 废水的电催化氧化技术研究[ J ] ．九江学院学报，2 0 0 8 ， 6 5 3 5 5 ． [ 3 ] 徐丽丽，施汉昌，陈金銮．T i ／R u 0 2 - T i 0 2 - I r O - S n O 电极电解氧化含氨氮废水[ J ] ．环境科学，2 0 0 7 ，2 8 9 2 0 0 9 2 0 1 3 ． [ 4 ] 贾金平．电化学方法治理废水的研究与进展[ J ] ．上海环境科学，1 9 9 9 ，1 8 I 2 9 3 2 ． [ 5 ] H uJM ，M e n gHM ，Z h a n gJQ ，e ta LD e g r a d a t i o nm e c h a n i s mo fl o n gs e r v i c el i f eT i ／I r 0 2 - T a 20 5a n o d eI ns u l p h u r i e [ J ] ．C o r r o s S c i ，2 0 0 2 ，4 4 1 6 5 8 1 6 6 5 ． [ 6 ] B a eSK ，P a r kSC ．T h es t u d yo nt h er e m o v a lo fa m m o n i ai n w a s t e w a t e rb ye l e c t r o c h e m i c a lm e t h o d [ J ] ．K o r e a nS o cE n v i r o n E n g ，1 9 8 4 ，6 I 4 4 4 5 ． [ 7 ] C o m n i n e l l i sC ，V e r c e s iG ．C h a r a c t e r i z a t i o no fD S A t y p e o x y g e ne v o l v i n ge l e c t r o d e s C h o i c eo fac o a t i n g [ J ] ．A p p lE l e c t r o c h e m ， 1 9 9 1 。2 1 3 3 5 3 3 9 ． [ 8 ] M e n gH ，M o r i m i t s uM ，M a t s u n a g aM ，e ta 1 ．E f f e c to fS n 0 2o nt h eo x i d a t i o no fP S Ao nI r 0 2 一b a s e da n o d e s [ J ] ．JE l e c t r o c h e m S o cJ p n ，1 9 9 8 ，6 6 1 1 4 8 1 1 5 4 ． A m m o n i aR e m o v a li nS m e l t i n gC o m p r e h e n s i v eW a s t eW a t e rb yE l e c t r o c h e m i c a lP r o c e s s Y A N GX i a o ．s o n 9 1 一，S H A OL i ．n a n 2 1 ．S c h o o lo fC h e m w a la n dE n v i r o n m e n tE n g i n e e r i n g ，C U M T ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g ＆M e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h eo p t i m a lt e c h n i c a lp a r a m e t e r sa n dm e c h a n i s mo fa m m o n i ar e m o v a lw i t he l e c t r o c h e m i c a lp r o c e s sa r e i n v e s t i g a t e db ye x p e r i m e n t sw i t ht h ea i mt os o l v i n gt h ev a r i o u sp r o b l e m si na m m o n i ar e m o v a lm e t h o d sf o rs m e l t i n g c o m p r e h e n s i v ew a s t ew a t e r ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo p t i m a la d d i n gc h l o r i n er a t i oa n dc u r r e n ti n t e n s i t y ．a r e1 5 a n d1 ．7 A ，r e s p e c t i v e l y ．O p e r a t i n gc o s ti s6 ．9y u a n ／m 3 ．C o m p a r e dw i t hp h y s i c a l c h e m i c a lp r o c e s sa n da i rs t r i p p i n g ， e l e c t r o c h e m i c a lp r o c e s sh a sa d v a n t a g e ss u c ha sh i g he f f i c i e n c y ，l o wo p e r a t i n gc o s ta n dl i t t l ef l o o rs p a c e ．T h er e a c t i o n b e t w e e nO C l 一a n da m m o n i ap l a y sa ni m p o r t a n tp a r ti nt h ea m m o n i ar e m o v a lw i t he l e c t r o c h e m i c a lp r o c e s s ． K e y w o r d s e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ；s m e l t i n gc o m p r e h e n s i v ew a s t ew a t e r ；e l e c t r o c h e m i c a lp r o c e s s ；a m m o n i a n i t r o g e nw a s t ew a t e r 4 2 O 8 6 4 2 O 万方数据