电化学氧化法去除养猪废水中氨氮的研究

第36卷第6期2010年6月水处理技术TECHNOLOGY0FWATERTREATMENTVOl-36NO．6Jun．，2010111电化学氧化法去除养猪废水中氨氮的研究欧阳超，尚晓，王欣泽，孔海南(上海交通大学环境科学与工程学院，上海200240)摘要：针对养猪废水，分析了电化学氧化过程中阳极材料、pH、电流密度和cl_的质量浓度对氨氮去除率的影响。结果表明，pH控制在6～10、阳极选用RuO2．IrO2一TiOJTi电极、电流密度为85mA·cm。、C1‘的质量浓度为8．0g‘L时，对养猪废水中的氨氮有较好的处理效果。优化条件下，对实际养猪废水进行电化学氧化处理，氨氮较COD优先去除，180min内去除率达到98．22％。关键词：养猪废水；氨氮；电化学氧化法；阳极中图分类号：X713文献标识码：A文章编号：1000．3770(2010)06—0111-005随着我国农业特别是畜牧业的快速发展，养殖业所产生的污染日益严重。在许多流域和地区，畜禽养殖废水已经取代传统工业污染成为当地主要污染源，引发水体富营养化加剧、土壤丧失生产能力、地下水受到污染等污染问题。养猪废水包括粪便排水和饲养冲洗水，是一种典型的高含量氮磷有机废水，具有固液混杂、有机质高、碳氮比失调等特点_】_3]。针对含有高含量氨氮的养猪废水，传统的“三段式”污水生物处理工艺(固液分离一厌氧处理一好氧处理)具有处理停留时间长、处理效率低等缺点；MBR(离心一厌氧一好氧．膜)需投加乙酸和碳酸盐，来增加碳源和控制碱度，膜过滤的稳定性也受到了有机负荷、温度等因素的制约；改性沸石吸附脱氮工艺则因氨氮含量负荷上限较低，难以满足实际养猪废水处理的要求。因此，以上处理方法各自存在不足之处，目前均没有得到大范围推广。电化学法是一种高效的污水处理方法[71。由于它占地少、操作简单、不出现二次污染等的特点，因而备受各国学者关注，特别近年来相关研究十分广泛，涉及各类污水处理领域，例如纺织废水、含油废水、食品废水以及印染废水等111。电化学氧化法处理氨氮的研究也较为广泛，近几年，研究主要集中在处理垃圾渗滤液等高含量氨氮废水的应用中，如李庭刚等人研究了电化学氧化法处理垃圾渗滤液过程中，废水可生化性的变化以及氯离子含量、pH、电流密度等对去除效果的影口向[2]；薛俊峰等人研究了电解氧化处理垃圾渗滤液过程中，COD和氨氮去除过程的竞争影响【”】；YvesVanlangendonck等人使用电化学法处理电厂废水，得出了氨氮氧化速率的数学预测计算公式等㈣。本研究针对含高含量氨氮的养猪废水，通过处理模拟养猪废水和实际养猪废水，着重研究电极材料、pH、电流密度、氯离子质量浓度对氨氮去除的影响并对电化学氧化氨氮技术的主要运行参数进行优化，为该技术的工程化应用提供参考。1电化学氧化氨氮原理电化学去除氨氮主要是氯气和次氯酸的间接氧化作用。在阳极的表面，氯离子转化成氯气，与水反应进而生成有效余氯，水中的氨氮与有效余氯接触被氧化得以去除。主要反应如下：·2C1。一Cl2+2e，(1)C12+H2OHC10+H++CI一，(2)2NH3HC10—÷N2+3H2O+5H++3C1‘。(3)2试验部分2．1试验装置电极尺寸为8cmx5cm，阳极采用网状钛基涂层电极制成，阴极采用网状钛板电极制成，由北京某研收稿日期：2009—09—18基金项目：国家“十五”水体污染控制与治理重大科技专项(2002AA601021)作者简介：欧阳超(1984-)，男，硕士研究生，主要从事废水脱氮除磷技术研究：联系电话：13402075488；E·mail：ycou0810@foxmail．tom联系作者：王欣泽，副教授；E-mail：xinzewang@sjtu．edu．cnl12水处理技术第36卷第6期究院提供，极板的有效面积为6cmx5cm，极板问距统一设置为1cm。电源为输出电流0～10A、电压0～50V的HTP一5010K型直流稳流电源。PVC电解槽尺寸为20cmxl0cmx8cm，有效容积为1L。精密pH计为PHS-3C型，电导率仪为雷磁DDST一308A型号仪器，磁力搅拌器为79—1型(试验用转速为120r·min)。2．2试验方法试验采取静态试验，原水先后使用试验室模拟废水和实际养猪废水进行试验，试验用水量为1L。模拟废水使用氯化铵(NH4C1)和氯化钠(NaC1)药剂配制，废水中氨氮的质量浓度为2g·L～。实际养猪废水取自云南抚仙湖流域集中式养猪场厌氧沼气池出水上清液，COD为2．0～2．5g·L，氨氮和总磷的质量浓度分别为1．8～2．0和0．15～0．16goL一。氨氮和COD分别使用水杨酸法和重铬酸钾法进行测定，有效余氯采用碘量滴定法测定；使用精密pH计和电导率仪分别测定溶液pH以及溶液中的电导率，用质量分数分别为1％的