钛电极电催化氧化去除源分离尿液中氮的研究

近年来，对尿液、粪便、杂排水基于源头进行分离并分别进行处理的源分离生活污水理念已越来越引起人们的重视[1]。生活污水中质量分数分别约80%的氮、50%的磷、60%的钾来源于尿液，而尿液的体积仅仅占了生活污水总量的约1%左右，因此，相对于传统方式的混合污水，对于体积小、含量高的源分离尿液进行处理，更容易实现资源化和污染物的控制[2]；同时，尿液的处理也是源分离生活污水处理方式进行推广应用的关键所在[3-4]。尿液处理或资源化利用技术目前研究得比较多的是磷酸氨镁沉淀法、厌氧氨氧化（ANNAMOX）脱氮、电化学脱氮、臭氧氧化、电渗析浓缩和农用等技术[1]。但由于尿液中氨氮含量比起常规污水来要高出很多，上述这些手段目前还不能有效去除尿液中的氮。利用电化学方法去除污水中氮在国内外已经广泛应用于垃圾渗滤液、工业废水等方面的研究，具有高效、稳定、方便、兼容性好等优点，特别适合在小型的分散式污水处理设施中应用[5]。但是对源分离尿液中的氮利用电化学氧化进行去除的研究在国内外的相关报道并不多。日本的Ikematsu利用铂修饰电极，对收集的人尿稀释10倍后进行电解，发现电解1.5h后尿中的氮几乎可以100%去除[6]。但在该研究中关于电流密度、食盐投加量、稀释倍数等工艺操作条件对尿液电化学脱氮的影响在该文章中讨论的还不够细致。基于此，本研究通过对上述工艺参数对源分离尿液电解的影响，以期能够为利用电化学装置即时分散式自动处理水冲式厕所分离的源分离尿液提供基础数据。1材料与方法1.1试验装置试验采用表面涂覆有钌铱化合物的钛电极作为电解氧化的处理电极，阴极采用不锈钢。试验时，设定极板间距离为5mm，搅拌速度为150r·min-1，反应温度为室温（15～20℃），浸入溶液中的电极面积总面积为160cm2，电极连接到内装电流表和电压表的电源上。电极在每次使用前利用稀盐酸溶液活化10min左右，以防止钝化。1.2供试尿液由于真实尿液在收集后很不稳定，组分会随时间发生变化。为保证试验的一致性，供试的水样采用无水Na2SO4KClNH4ClNaH2PO4NaClNH2CONH22.33.43.92.63.015.951646731751266表1模拟尿液配方Tab.1Compositionofartificialurinesolution试剂c/mmol·L-1ρ/g·L-1钛电极电催化氧化去除源分离尿液中氮的研究顾域峰1，郑向勇1，叶海仁1，张业建1，严立1，李军1，孔海南2（1.温州大学生命与环境科学学院，浙江温州325035；2.上海交通大学环境科学与工程学院，上海200240）摘要：采用表面涂覆有钌铱化合物的钛电极，以模拟尿液的电催化氧化脱氮为研究目的，考查了食盐投加量、电流密度、初始pH对去除效果的影响。结果表明，当极板面积为160cm2、电解溶液为1.0L、电解时间为3h、电流密度为50mA·cm-2、食盐投加量为8g·L-1时，氨氮去除效果最好，为87.81%左右，同时TN的去除率可以达到53.08％；电流密度只有在50mA·cm-2左右时才能有效去除尿液中的氮；初始pH为9左右时有利于TN的去除。利用电催化氧化技术对源分离尿液中的氮在一定程度能够进行去除，但其机理、工艺参数等方面的研究还有待于深入。关键词：钛电极；电催化氧化；源分离尿液；氮中图分类号：X799.3文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)08-0041-004收稿日期：2009-10-13基金项目：国家十一五重大科技专项（2008ZX07105-003）作者简介：郑向勇（1976－），博士研究生，讲师，研究方向为水污染控制联系电话：13706609176；E-mail：oakinyard@163.com第36卷第8期2010年8月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.8Aug.,201041模拟尿液，根据文献[7]的配方进行调整，模拟源分离厕所分离后需要即时处理的尿液组成，即尿液中的尿素未发生水解，配方如表1所示。1.3试验方法1.3.1食盐投加量的影响设置电流密度为50mA·cm-2，分别在模拟污水中依次投加食盐投加量为0、1、3、5、8g·L-1，分别在时间为15、30、45、60、90、120、180min时取10mL水样，过滤测试溶液中氨氮和TN的含量，以研究不同的食盐投加量对除氮效果的影响。1.3.2电流密度的影响取1L模拟尿液，调节直流电源，依次控制电流密度为10、20、30、40、50mA·cm-2，分别在电解时间为15、30、45、60、90、120、180min时，取10mL水样过滤测试氨氮和TN的含量，研究在不投加食盐的条件下，不同电流密度下的氮去除规律。1.3.3初始pH的影响用10mol·L-1的氢氧化