电化学技术用于污水脱氮除磷研究进展

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1、电化学技术用于污水脱氮除磷的研究进展污水电化学脱氮除磷技术由于具有高效、安全、避免了化学物质的直接投加、无需使用微生物、反应速度快、容易操作、容易实现自控等优点，因而逐渐得到人们的重视和应用。1电化学脱氮除磷技术的原理1.1电化学脱氮技术污水中的氮以有机氮和无机氮的形式存在于水溶液中，有机氮可以分为以溶解形式存在的有机氮（如尿素、氨基酸等）和非溶解形式存在的有机氮（污水中的含有机氮悬浮颗粒物等），无机氮又可以分为铵离子、硝酸盐、亚硝酸盐、溶于水的氨气和氮氧化合物等，且上述各种形态的氮在一定条件下，可以在水溶液中相互转化，因而利用电化学技术去除污水中的氮时，情况比较复杂。虽然有

2、机氮也可以通过电絮凝技术或电极表面的吸附作用得到一定的去除，但通常所指的电化学脱氮技术是指利用电化学氧化去除污水中的氨氮（铵离子、氨水、溶于水的氨气）和电化学还原去除污水中的硝酸盐、亚硝酸盐等无机氮。1.2电絮凝除磷技术通常水中的磷以无机态的形式存在为主，当采用电絮凝技术除磷时，其原理是利用铁、铝等阳极材料在电解时生成的金属阳离子或其水合物与水中的磷酸盐形成沉淀而去除污水中的磷，在电絮凝过程中其原理如下：铝电极电絮凝除磷：2Al→2Al3++6e，2Al3++6H2O→2Al(OH)3+6H+；铁电极电絮凝除磷：4Fe→4Fe2++8e，4Fe2++10H2O+O2→4Fe(

3、OH)3+8H+2电化学技术用于污水脱氮除磷的研究2.1电化学脱氮技术电化学脱氮技术以电化学氧化去除污水中的氨氮研究得较多，而电化学还原去除水中的硝酸盐、亚硝酸盐则研究得相对较少。电化学氧化去除污水中氨氮的方法自从20世纪80年代得到人们重视以来，已经广泛应用于垃圾渗滤液、化肥厂废水、养猪场废水、石化废水等污水中氨氮的去除。如Kim[9]等人研究了pH、氯离子浓度、初始氨氮浓度、电流密度、反应器中有无离子选择性透过膜等因素对IrO2和RuO2和Pt分别修饰的3种不同钛电极材料电化学氧化去除模拟污水中氨氮的影响（氨氮浓度为1.0mol·L-1），结果表明，无论是在酸性或碱性条件

4、下，IrO2和RuO2修饰电极去除氨氮的性能要强于Pt修饰电极；在80mA·cm-2的电流密度下氨氮的去除率最高，高于该值则氨氮吸附于电极上的过程被溶液中的离子所阻碍而引起去除率下降；随着溶液中氯离子浓度的增加，氨氮的去除率提高，当氯离子的质量浓度高于10g·L-1时，由于氯离子浓度的提高而引起的氨氮去除率的提高就非常有限；李伟东[5]等人利用电化学氧化技术处理垃圾渗滤液，在极板间距为1.0cm，电流密度为10A·dm-2的条件下，对中等浓度垃圾渗滤液中的氨氮去除率达到97.3%。林海波[18]等人研究了利用流动式电解槽中氨氮的去除规律，发现当电流密度为50mA·cm-2、体

5、积流量为50mL·min-1时，氨氮去除速率常数为38.9×10-6g·L-1·m-1·s-1，去除1kg氨氮的能耗为55.7kWh；此外林海波等人还利用电化学氧化法处理化肥厂外排废水[19]，在外排废水流量为75mL·min-1，电流密度为10mA·cm-2的条件下电解70min后，出水的氨氮质量浓度从22.3mg·L-1稳定到0mg·L-1。王鹏[20]等人利用电化学氧化脱氮技术处理UASB厌氧工艺垃圾渗滤液处理出水中的氨氮，发现在外加Cl-质量浓度为2000mg·L-1,电流密度为32.3mA·cm-2的条件下，经6h的电解间接氧化，对质量浓度为2000mg·L-1以下

6、的氨氮去除率可以达到100%。此外，还有一些关于电化学氧化去除垃圾渗滤液或高浓度有机废水中氨氮的研究报道[21-25]，结果都比较令人满意。利用电化学方法还原污水中的硝酸盐而将其去除的研究相对电化学氧化去除氨氮较少，但是由于电化学反硝化比起生物法反硝化具有无需添加碳源、容易操作等优点，因而已经引起人们的关注。Katsounaros[26]等人研究了利用锡电极还原去除浓度为0.1mol·L-1K2SO4和0.05mol·L-1KNO3混合溶液中的硝酸盐氮，结果表明，当相对电压（以饱和Ag/AgCl为参考）控制在-2.9V时，可以获得0.206mmol·min-1·cm-2的硝酸

7、盐氮去除速率，产生的气体中氮气占了92%。Dash[27]等人研究了电化学反硝化去除地下水中硝酸盐，发现利用铁电极、铝电极和钛电极能够得到70%～97%的硝酸盐氮去除率，且只有钛电极能将硝酸盐转换成以氮气为主的产物而不是以氨气为主，利用石墨电极则只能得到8%的硝酸盐氮去除率。Polatides[28]等人的研究则发现利用脉冲电流，能够有效提高污水中硝酸盐还原生成氮气的选择性，而减少NO2-和NH3这些副产物的生成。范经华[29]等人研究了以多孔钛板负载钯-铜（质量比4:1）合金作为阴极通过电化学还原脱除