三维电极法深度处理城市污水处理厂二级出水 2页

第33卷第1期人民黄河VoI．33．No．12011年1月YELLOWRIVERJan．．20ll【水资源】三维电极法深度处理城市污水处理厂二级出水杨纪伟，武燕蕾，田婵婵，赵美英2(1．河北工程大学水利水电学院，河北邯郸056038；2．河北工程大学城市建设学院，河北邯郸056038)摘要：将三维电极法运用到对城市污水处理厂二级出水的深度处理中，考察了其对NH3一N、CODM的处理效果及影响因素。结果表明：在最佳反应条件下(电解时间为20min、槽电压为lOV、粒子电极配比为9：1)，三维电极法可以使出水NH3一N含量小于0．5ms／L，CODM含量小于4mg／L，满足《污水再生利用工程设计规范》(GB50335-2002)中再生水用作冷却用水的水质控制指标。关键词：三维电极；二级出水；污水处理中图分类号：X703．1文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2011．01．030城市污水处理厂二级出水深度处理后回用是解决水资源短缺问题的重要途径之一。同自然淡水相比，城市污水处理厂2结果与讨论二级出水具有无机盐、有机物、氨氮(NH一N)含量高，细菌种2．1运行周期对处理效果的影响群复杂，腐蚀和结垢倾向大的特点”J。目前深度去除NH一N控制反应时间为20rain、电压为lOV，进行静态试验，以处的方法有吹脱法、折点加氯法、生物反硝化法、曝气生物滤池法理每一容器水为一个周期，得到处理效果与运行周期的关系等』，这些方法均存在一定的局限性。三维电极是一种新型的(见图1)。电化学脱氮、降解有机物反应器，具有传质系数高、电流效率高、电极比表面积大、无需加人大量导电电解质等优点，主要用于生物难降解有机废水和含金属离子废水处理。笔者将三维电极法运用到对城市污水处理厂二级出水的深度处理中，考察了其对NH一N、COD的处理效果及影响因素。1试验方法运行周期图1三维电极反应器运行周期与处理效果的关系1．1试验原水运行周期较小时去除效果好，但当运行周期增大时处理效试验原水为邯郸市东郊污水处理厂二级出水，NH一N含果降低直至最终稳定。在反应开始时，反应器同时存在电氧化量为1．35～5．25mg／L，CODM含量为7．31～l3．60mg／L。作用和活性炭吸附作用；随着运行周期的增大，活性炭趋于饱1．2分析方法和，只存在电氧化作用，出水水质趋于稳定。NH一N采用纳氏试剂光度法测定，COD采用高锰酸钾2．2槽电压对处理效果的影响指数法测定。控制粒子电极配比为9：l、电解时间为20min，进行动态1．3试验装置与方法试验，考察槽电压对处理效果的影响(见图2)。试验装置由电解槽、ZLY一10A电解整流电源、储水箱和蠕槽电压为4～10V时，处理效果与槽电压呈线性关系，即动泵组成。电解槽是一个矩形反应器，由槽体、平板电极和粒随着槽电压的升高去除率增大；电压过高时，COD的去除率子电极3部分组成，其中：槽体由PVC材料焊接而成，尺寸为反而有所下降。槽电压升高，电压梯度升高，被极化的活性炭45cm×15cmx40cm；平板电极阳极为钛板，阴极为不锈钢板，颗粒增多，有效电极面积增大，从而使NH，一N、CODM的去除尺寸均为43cm×1512m，板间距为9em；粒子电极由粒径为效率提高；但槽电压过高将增大阳极吸氧和阴极析氢反应的速3～5mm的粒状活性炭和锰砂按一定比例混合而成。收稿日期：2010-03_26原水由储水箱经蠕动泵自下部进入电解槽，反应后从上部作者简介：扬纪伟(1960一)，男．河北永年人，教授，研究方向为水力学厦河流流出。每10rain取水样测定，分析电解时间、槽电压、粒子电极动力学。通讯作者：武燕蕾(1985一)，女，河北永年人，硕士研究生，研究方向为水力学配比对NH，一N、COD去除效果的影响，并通过单因素试验确及河流动力学。定最佳反应条件。E—mail!wuyanlei19851013@163．corn·73·\n人民黄河2011年第1期用，最宜电解时间为20min。、3反应机理探讨僻悄三维电极法处理二级出水的反应机理为电化学、电氧化还原反应和电吸附凝聚作用。当电极两端接通电源时，填充粒子榴电压／V在高梯度的电场作用下，感应而复极化为复极性粒子，即在粒图2槽电压对处理效果的影响子一端发生阳极反应，另一端发生阴极反应，整个粒子成了一度，产生大量气泡，使污染物不能很好地吸附在粒子上，平板电个立体电极，粒子之间构成无数个微电解池。二级出水中存极的腐蚀也较严重，从而引起去除率下降。在试验条件下，最在稳定的污染物胶体，在电场作用下，这些胶体因电泳作用而佳槽电压为10V。富集，即带电的胶体向带有相反电荷的电极移动，在静电引力2．3粒子电极配比对处理效果的影响和表面能的作用下，废水中的污染物富集并沉积在电极上进行控制槽电压为lOV，进行动态试验，考察粒子电极配比对电解反应。当反应器的外加电压达到污染物的分解电压时，就处理效果的影响(见图3、图4)。会发生电解反应。电解过程中产生氧化性极强的·OH(电极100电位2．8V)，同时电解槽内的溶解氧在阳极上被还原成H：0：。80产生的·OH基团和H0迅速引发氧化链反应，最终有机化曩60合物被分解为CO和0，NH一N被氧化为高价态的N和t。RNO{。至204结语(1)在最佳反应条件下(电解时间为20rain、槽电压为lOV、粒子电极配比为9：1)，三维电极法可以使出水NH一N含80量小于0．5mg／L，COD含量小于4mg／L，满足《污水再生利用60工程设计规范》(GB50335-2002)中再生水用作冷却用水的水402o质控制指标。0。J(2)三维电极技术有机地结合了吸附、表面催化、氧化还原0lUZUjU40，U607080电解时间／rain等多种过程，具有设备简单、占地面积小、操作便利、高效、无二图4粒子电极配比对CODM去除效果的影晌次污染等优点随着活性炭比重的增加，NH一N、COD的去除率均增大；(3)三维电极技术能有效地去除NH一N，在最佳反应条粒子电极配比为9：1时，去除效果最好。活性炭粒子越多，电件下去除率达90％，优于生物法的处理效果，可望解决二级出极的表面积越大，有机物在粒子电极表面上富集越多，废水的水回用于电厂循环冷却水系统时NH，一N带来的腐蚀问题。降解速度也就越快。但活性炭过量时，活性炭粒子排列紧密易造成短路，无法体现其微电极的作用，反而会导致降解效果参考文献：降低。[1]孙心利．城市污水再生水回用电厂循环水的系统腐蚀及防护措施[J]．中国2．4电解时间对处理效果的影响电力，2007，40(6)：28—31．控制粒子电极配比为9：1、槽电雎为l0V，进行动态试验，[2]王平，孙心利，李立新．中水回用于火电厂冷却水系统的问题分析[J]．工业考察电解时间对去除效果的影响(见图5)。用水与废水，2008，39(2)：10一I2．[3]何春，安太成，熊亚，等．三维电极电化学反应器对有机废水的降解研究[J]．电化学．2002．8(3)：327—332．[4]陈武，杨昌柱．梅平，等．三维电极电化学方法处理印染废水实验研究fJ]．工业水处理．2004。24(8)：43—45．[5]汪群慧，张海霞，马军，等．三维电极处理生物难降解有机废水[】]．现代化工，2004，2d(1o)：56—59．电解时间／min[6]PolcaroAM，PatmasS，RenddiF，eta1．Three—dimensionalelectrodesforthe图5电解时间对去除效果的影响electrochemicalcombustionoforganicp0uuta[J]．ElectrochimicaActa，2OOO，46f2／3)：389—394．随着电解时间的增加，处理效果随之增大；当反应时间超[7]曹敬华，张希衡．活性炭固定床电解槽处理苯酚废水[J]．中国给水排水，过20min时，NH一N、COD的去除效果均处于稳定状态。在2002，l8(5)：45—47．反应初期，Nil，一N、COD浓度较高，能迅速扩散到电极表面并[8j王立章，邱熔处，何义亮．三维电极法在微污染水处理中的应用研究[J]．环发生反应，浓差极化影响不显著；反应一段时间后，体系中大部境污染治理技术与设备．2003，4(2)：27—29．分物质已被去除，浓度越低浓差极化影响越明显，单位时问扩【责任编辑刘棋】散到电极表面的物质减少，去除率趋于稳定。考虑到经济费·74·