商娟;伍红强
【摘 要】稀土矿浸出废水含有大量硫胺,直接排放会导致地表水氨氮超标,引起环境污染.以实验室模拟配制的氨氮废水为原料,在初始pH为7、Cl-浓度为500 mg/L、极板间距为3 cm、电压为20 V条件下电解3h,氨氮浓度由100 mg/L降至10.91 mg/L,达到了国家排放标准.正交试验表明,影响氨氮电解去除效果因素的顺序为:电压＞[Cl-]＞pH＞极距. 【期刊名称】《现代矿业》
【年(卷),期】2014(000)007
【总页数】4页(P31-34)
【关键词】电解;废水;氨氮
【作 者】商娟;伍红强
【作者单位】河海大学文天学院;中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心
【正文语种】中 文
卷圆机
我国离子型稀土矿储量占世界总量的90%[1]。我国南方离子型稀土矿主要采用原地浸矿工艺生产，浸矿剂多为硫酸铵，因此所排放的废水中含有大量硫铵，直接排放会导致地表水氨氮超标，引起环境污染[2]。2004年以来，随着稀土生产企业的发展，黄河几个断面水源地氨氮浓度连续超标，严重威胁了当地居民供水安全[3]。因此，稀土矿区废水处理迫在眉睫。
1 试验材料
1.1 试验水样
试验水样为实验室模拟配制的稀土浸矿氨氮废水。配制方法为:先将(NH4)2SO4置于真空干燥箱内于100℃烘干2 h，再称取一定量(NH4)2SO4，由去离子水配制成一定初始浓度的氨氮废水，并定容至1 L;废水中Cl－的浓度通过加入NaCl调节，pH由NaOH和H2SO4调节。
1.2 试验装置及试验方法
试验装置设计如图1所示。
图1 试验装置设计1—直流稳压电源;2—电解槽;3—工作电极;4—恒温水浴加热器;5—电导率测定仪
试验过程中，由直流稳压电源提供电压，电压调节范围为0～30 V，电流调节范围为0～2 A。电解槽由1 L烧杯代替，试验电极极板规格均为100 mm×50 mm×5 mm，试验时将电极全部浸没于废水中。整个试验过程将在通风柜内进行。
先采用单因素试验方法，对影响直流电电解氨氮废水影响因素进行条件试验，再对氨氮电解去除影响较大的几个主要因素进行正交试验，确定它们的影响相关性顺序。
2 试验结果与讨论
2.1 条件试验
2.1.1 电解时间试验
电解时间对废水中氨氮的电解去除有着重要的影响。在电压为25 V、pH为7、极距为4 cm、初始氨氮浓度为100 mg/L、初始 Cl－浓度为300 mg/L、初始温度为20℃条件下，进行电解时间条件试验，结果见图2。
图2 电解时间对氨氮去除的影响■—氨氮浓度;□—氨氮去除率
由图2可知，随着电解时间的增加，氨氮浓度逐渐降低，电解时间大于3 h时，氨氮浓度随时间的增加降低不明显。电解时间为3 h时，氨氮浓度降为12.8 mg/L，达到了污水综合排放一级标准[4]。因此，确定电解时间为3 h。
2.1.2 电压条件试验
在废水水质一定的条件下，电压决定了电流的大小，从而影响了电流密度的大小。在pH为7、极距为4 cm、初始Cl－浓度为300 mg/L、初始温度为20℃、电解时间为3 h条件下，进行了电压条件试验，结果见图3。
图3 电压对氨氮去除率和能耗的影响■—氨氮去除率;□—能耗
由图3可知，氨氮的去除率和能耗均随电压的增加而增大，电压越大，对氨氮的去除能力越强，氨氮的去除效果越好，但是，随着氨氮去除率的增大，所需能耗也逐渐增大。综合考虑，确定电压为25 V。
2.1.3 初始pH试验
废水的pH影响着电解过程中OH－的扩散和运动，从而影响电解反应地进行。在电压为25 V、极距为4 cm、初始Cl－浓度为300 mg/L、初始温度为20℃、电解时间为3 h条件下，以初始pH为变量进行试验，结果见图4。
图4 pH对氨氮去除率和能耗的影响■—氨氮去除率;□—能耗
由图4可知，氨氮的去除率随初始pH的升高先升高后降低，在pH为7时氨氮去除率达最大值。当溶液呈强酸性时，电解过程中产生的不会溶解反而容易逸出，影响了氨氮的去除。随着pH的上升，电解过程中产生的溶解于溶液中，游离氯的产生量随之增加，加快了氨氮的降解。当pH增至中性温和条件时，溶液中发生Cl－—Cl2—ClO－—Cl－的反应循环，从而使得最初氯化物含量保持稳定，提高了氨氮的电解效率。当pH持续增大时，Cl
－—Cl2—Cl－反应循环由于ClO－3的产生而被阻断，反应产生的ClO－发生还原反应，游离氯含量下降，氨氮的去除率也随之下降。因此，确定初始pH为7。
2.1.4 极距条件试验
极距对氨氮电解去除的效果也有着一定的影响，理论上，极距越小越有利于电解反应的发生，但极距过小，电解过程中产生的很容易到达阴极，被还原成Cl－，从而降低电流效率。在电压为25 V、pH为7、初始氨氮浓度为100 mg/L、初始Cl－浓度为300 mg/L、初始温度为20℃、电解时间为3 h条件下，以极距为变量进行了试验，结果见图5。
由图5可知，氨氮的去除率随着极距的增加而降低，所需的能耗则先缓慢下降后缓慢上升。随着极板间距的增加，电解效率下降，氨氮的去除率也随之下降。当极板间距离较小时，电流增大，导致能耗增加;当极板间距增大时，不利于电化学反应的发生，并使极板产生的OH－、ClO－等离子的扩散距离加长，与溶液中的氨氮发生作用的速度减慢，从而影响了氨氮被电解氧化的去除效率，同时，两电极极板间距离较大时，电流相对减小，因此氨氮的去除率也随之下降，能耗却逐渐上升。综合考虑氨氮的去除效果和能耗，选取极距为3 cm。
图5 极距对氨氮去除率和能耗的影响■—氨氮去除率;□—能耗
2.1.5 Cl－浓度条件试验
当溶液中无Cl－时，溶液中的氨氮是通过在极板上失去电子发生直接氧化而被去除;当溶液中存在Cl－时，Cl－能促进反应过程中ClO－的产生和氨氮的间接氧化。由于Cl－浓度增至400 mg/L、电压为25 V时，电流会超过允许范围(0～2 A)，故Cl－浓度为0～300 mg/L时，取电压为25 V;当Cl－浓度为400～500 mg/L时，取电压为20 V。固定pH为7、极距为3 cm、初始氨氮浓度为100 mg/L、初始温度为20℃、电解时间为3 h，以Cl－浓度为变量进行试验，结果见图6。
图6 Cl－浓度对氨氮去除率和能耗的影响■—氨氮去除率;□—能耗
由图6可知，在电压一定的条件下，氨氮的去除率随Cl－浓度增加而升高:一方面是由于Cl－浓度越高，溶液的导电能力越强;另一方面是因为氨氮的去除主要是由间接电化学氧化过程中产生Cl2和HClO引起的。因为 Cl－浓度越高，产生的 Cl2或HClO浓度越高，所以增加Cl－的浓度可以增强间接电化学氧化的效果，对氨氮的去除效果越好，但同时电流增大，
菌类生产
所需能耗也越高。所以，在试验过程中可以考虑在一定范围内，适当增加Cl－浓度并降低输出电压，既可以增加废水中氨氮的去除率，又可以降低电解所需的能耗。因此，选取 Cl－浓度为500 mg/L、电压为20 V进行试验。
2.1.6 初始温度条件试验
电解过程中，温度升高有利于降低溶液电阻，提高溶液电导率，提高化学反应速率，同时在理论上有利于促进电极上气体的溢出速度。但是较高的温度会使的溶解度降低，从而降低游离氯对废水中氨氮的氧化。在电压为 20 V、pH为 7、极距为3 cm、初始Cl－浓度为500 mg/L、初始氨氮浓度为100 mg/L、电解时间为3 h条件下，以初始温度为变量进行试验，结果见图7。
图7 初始温度对氨氮去除率和能耗的影响■—氨氮去除率;□—能耗
由图7可知，随着初始温度的升高，氨氮的去除率先缓慢升高后缓慢降低。由于水温的升高可以加快游离氯对氨氮的氧化降解，在一定温度范围内，温度越高，单位时间内废水中被降解的氨氮越多;但温度过高时，活性氯的溢出率大于其产生速率，会降低溶液中Cl2的溶解度，氨氮去除率降低。综合考虑，选取初始温度为20℃(即常温)。首饰加工技术
2.1.7 初始氨氮浓度条件试验
控制器外壳在电压为20 V、pH为7、极距为3 cm、初始Cl－浓度为500 mg/L、初始温度为20℃、电解时间为3 h条件下，以初始氨氮浓度为变量进行试验，结果见图8、图9。
图8 初始氨氮浓度对氨氮去除效果的影响■—100 mg/L;●—150 mg/L;▲—200 mg/L;▼—250 mg/L;◀—300 mg/L
稀疏编码由图8、图9可知，随着电解时间的延长，不同初始氨氮浓度溶液氨氮浓度均逐渐降低。氨氮去除率随初始氨氮浓度变化不明显。综合考虑，确定初始氨氮浓度为200 mg/L(当初始氨氮的浓度高于250 mg/L、电解时间为 3 h时，出水氨氮浓度高于25 mg/L，不符合国家排放标准)。
图9 初始氨氮浓度对氨氮去除率和能耗的影响■—氨氮去除率;□—能耗
2.2 主控因素的确定
由条件试验可知，直流电电解去除稀土原地浸矿废水中的氨氮时，电压、pH、极距和Cl－
浓度对氨氮的去除效果影响较大，而初始温度和初始氨氮浓度对氨氮的去除几乎没有影响。为确定影响氨氮去除率的主要因素，设计了正交试验，试验因素水平见表1，正交试验结果见表2，极差分析见表3。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议