電化學(xué)法處理農(nóng)村生活污水的性能研究畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） </p><p>　　題目 電化學(xué)法處理農(nóng)村生活污水的性能研究</p><p>　　姓 名 </p><p>　　系 （部） 環(huán)境工程與化學(xué)系 </p><p>　　專 業(yè) 環(huán)境工程 </p><p>　　電化學(xué)法

2、處理農(nóng)村生活污水的性能研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　采用電化學(xué)法對模擬農(nóng)村生活污水進(jìn)行處理，以IrO2-Pt/Ti惰性電極為陽極，考察了電流密度、極板間距和氯離子濃度等因素對氨氮去除效果的影響，結(jié)果表明：在一定的范圍內(nèi)，電流密度越大，氨氮去除率越高，電流密度過大則會(huì)造成能耗損失增加；極板間距適量減小，能夠提高氨氮去除率，極板間距

3、過大或者過小，都會(huì)降低氨氮的去除效果；氨氮去除率隨氯離子濃度的增加而增大。通過試驗(yàn)確定的電化學(xué)法去除氨氮的最佳工況條件：電流密度為30mA/cm2，極板間距為2cm，氯離子質(zhì)量濃度為200mg/L。在上述條件下，電解反應(yīng)2h，氨氮的濃度從128mg/L降至6.02mg/L，去除率可達(dá)到95.3%，符合GB18918-2002“生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)”中的一級B排放標(biāo)準(zhǔn)。表明采用電化學(xué)法對農(nóng)村生活污水進(jìn)行處理，可大大改善污水的性能，具有較大的應(yīng)

4、用前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電化學(xué)法，農(nóng)村生活污水，影響因素，氨氮</p><p>　　Study on Treatment of Rural Sewage by Electrochemical Method</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　By using elect

5、rochemical method of simulated the rural sewage , as IrO2 - Pt/Ti inert electrode is for anode , investigating the current density, plate spacing, the chloride ion concentration influence factors on the ammonia nitrogen

6、removal effect.The results show that: in a certain range, the greater the current density, the higher the removal rate of ammonia nitrogen. However the excessive current density will cause the increase of energy loss; Pl

7、ate distance being appropriate reduced can imp</p><p>　　KEY WORDS: Electrochemical method，Rural sewage，influence factors，ammonia </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前

8、　言1</b></p><p><b>　　第1章 概述3</b></p><p>　　1.1 農(nóng)村生活污水的特征3</p><p>　　1.1.1農(nóng)村生活污水的定義3</p><p>　　1.1.2農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)3</p><p>　　1.1.3 農(nóng)村生活污水的環(huán)境危害

9、3</p><p>　　1.1.4農(nóng)村生活污水的處理方法及存在問題4</p><p>　　1.2 電化學(xué)法處理農(nóng)村生活污水4</p><p>　　1.2.1電化學(xué)法去除生活污水中污染物的基本機(jī)理4</p><p>　　1.2.2 電化學(xué)法去除氨氮的原理4</p><p>　　1.2.3 電化學(xué)法較傳統(tǒng)方法的優(yōu)

10、勢5</p><p>　　第2章 實(shí)驗(yàn)材料和方法7</p><p>　　2.1 實(shí)驗(yàn)試劑7</p><p>　　2.1.1 試驗(yàn)用水7</p><p>　　2.1.2 主要試劑及配制7</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)裝置8</p><p>　　2.2.1 電解設(shè)備與裝置8<

11、/p><p>　　2.2.2 處理、檢測裝置10</p><p>　　2.3 NH3-N的檢測方法11</p><p>　　2.4 試驗(yàn)步驟11</p><p>　　2.4.1 NH3-N標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制11</p><p>　　2.4.2 電流密度對NH3-N去除效果的研究12</p><p&

12、gt;　　2.4.3 極板間距對NH3-N去除效果的研究12</p><p>　　2.4.4 氯離子濃度對NH3-N去除效果的研究13</p><p>　　2.4.5 最佳工況的確定13</p><p>　　第3章 結(jié)果與討論14</p><p>　　3.1 電流密度對NH3-N去除率的影響14</p><p&g

13、t;　　3.2 極板間距對NH3-N去除率的影響15</p><p>　　3.3 氯離子濃度對NH3-N去除率的影響16</p><p>　　3.4 電化學(xué)法對農(nóng)村生活污水的處理效果17</p><p><b>　　結(jié)　論19</b></p><p><b>　　謝 辭21</b><

14、;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　外文資料翻譯24</b></p><p><b>　　前　言</b></p><p>　　水環(huán)境污染問題日益突出，近年來引發(fā)的一系列問題嚴(yán)重影響居民的日常生活。長期以來，我國污水治理的重點(diǎn)[1]主要集

15、中在工業(yè)點(diǎn)源和城市生活污水污染方面，而廣大農(nóng)村地區(qū)的水污染問題并未受到充分的重視。多年來農(nóng)村生活污水接納了大量的污染物，自然凈化能力大幅度下降，水體富營養(yǎng)化程度和排放量都超過了以前，農(nóng)村水環(huán)境急劇惡化。大量農(nóng)村生活污水隨意排放，不但影響人居環(huán)境，造成部分農(nóng)田土壤肥力減弱、糧食減產(chǎn)，并且污染地下水和地表水，對飲水安全構(gòu)成威脅，從而影響農(nóng)村居民的身體健康。因此，農(nóng)村生活污水問題成為亟待解決的問題。</p><p>　

16、　農(nóng)村生活污水中的污染物主要是COD、NH3-N、TP、大腸桿菌等，目前，國內(nèi)外農(nóng)村生活污水處理技術(shù)主要有：生活污水凈化沼氣處理技術(shù)、人工濕地處理系統(tǒng)、穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)、土地滲濾處理系統(tǒng)、生物濾池技術(shù)、生物膜法等，但這些工藝方法在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上還存在不少問題，比如運(yùn)行管理費(fèi)用高、容易產(chǎn)生二次污染等。故筆者針對電化學(xué)技術(shù)具有的高靈活性、效率高、無污染或少污染、易于控制、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，采用電化學(xué)法對農(nóng)村生活污水進(jìn)行處理。</p>

17、<p>　　電化學(xué)法是指利用電化學(xué)反應(yīng)，去除污水中各種有害物質(zhì)的處理方法。電解池是利用電能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的裝置。在電解池中將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，其中在陰極-溶液的界面上，會(huì)發(fā)生某種粒子與電子結(jié)合的還原反應(yīng)，而在陽極-溶液的界面上，會(huì)發(fā)生某種粒子失去電子的氧化反應(yīng)，然后氧化反應(yīng)中釋放的電子通過導(dǎo)線流回電源的正極。</p><p>　　電化學(xué)技術(shù)[2]被稱為“環(huán)境友好技術(shù)”，它使用電子這一無毒無害,價(jià)格低廉的

18、強(qiáng)氧化還原劑，能夠很方便地通過控制電極電勢，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的氧化或還原。因此，應(yīng)用電化學(xué)技術(shù)處理廢水中的污染物，可以間接對環(huán)境起保護(hù)作用，在國內(nèi)外都受到了廣泛的重視[3-5]。</p><p>　　電化學(xué)處理廢水應(yīng)用起始于20世紀(jì)40年代[1]，由于投資較大、電力缺乏、成本較高，因而發(fā)展緩慢。直到60年代初期，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電化學(xué)法才被真正用于廢水處理過程。近年來，由于電化學(xué)法在污水凈化、制革廢水、印染廢水、垃圾

19、滲濾液等領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展，電化學(xué)技術(shù)逐漸引起國內(nèi)外工作者的廣泛關(guān)注。</p><p>　　王琴[6]等人總結(jié)電化學(xué)技術(shù)主要包括電化學(xué)氧化、電化學(xué)還原、電絮凝、內(nèi)電解、電滲析。這些技術(shù)還存在一些共同的問題，比如電極電阻大、電流利用效率低、能耗損失大、穩(wěn)定性不高等。為解決這些問題，目前，國內(nèi)外將焦點(diǎn)集中在了對陽極材料的選擇、電化學(xué)反應(yīng)器、電化學(xué)復(fù)合技術(shù)、電化學(xué)反應(yīng)條件等的研究上，可以說，電化學(xué)技術(shù)在處理生活污水和工

20、業(yè)廢水方面將會(huì)有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?lt;/p><p>　　節(jié)能環(huán)保是今后污水處理技術(shù)的大勢所在，此次研究以此為指導(dǎo)思想，研究電化學(xué)技術(shù)處理農(nóng)村生活污水的最佳運(yùn)行工況，即在何種情況下，能夠有效降低污染物的含量，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)又能夠盡可能地減少電能消耗，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件，本文采用電化學(xué)氧化法處理模擬農(nóng)村生活污水，通過觀察電流密度、極板間距、氯離子濃度對水樣中氨氮的去除率的影響，繪出相應(yīng)的函數(shù)圖

21、線，并結(jié)合實(shí)際找出電解的最佳運(yùn)行工況。</p><p>　　由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，此次研究的影響因素僅限于考察電流密度、極板間距以及氯離子濃度對氨氮去除率的影響，還有很多因素例如陽極材料、電解時(shí)間、初始進(jìn)水濃度等都會(huì)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，所以本次研究得出的最佳工況只是一個(gè)階段性成果，還需要進(jìn)一步拓寬研究范圍。但是，這次研究卻具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。首先，它所闡述的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理在現(xiàn)實(shí)廢水處理中是完全適用的；其次，它是對實(shí)

22、際操作中優(yōu)化條件的探索性研究，具有一定的指導(dǎo)意義；再次，此次論文的結(jié)論可以從相關(guān)文獻(xiàn)中得到印證，可依此判斷此類技術(shù)的實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性和穩(wěn)定性；最后，在實(shí)驗(yàn)的過程中，能夠進(jìn)一步了解此類技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，從而為該技術(shù)的適用范圍以及與其他技術(shù)相結(jié)合使用的可能性，提供一個(gè)重要的現(xiàn)實(shí)依據(jù)。</p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p>　　1.1 農(nóng)村生活污水的特征&

23、lt;/p><p>　　1.1.1農(nóng)村生活污水的定義</p><p>　　農(nóng)村污水是農(nóng)村村莊和小鎮(zhèn)居民的生活污水與生產(chǎn)廢水的總稱,通常包括[7]:農(nóng)村居民日常生活產(chǎn)生的廢水；中小學(xué)、當(dāng)?shù)卣畽C(jī)關(guān)、民俗旅游、旅店排放的污水；農(nóng)民養(yǎng)殖的畜禽排泄物以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)排放的各種廢水等。</p><p>　　1.1.2農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)</p><p>　　農(nóng)村

24、生活污水中主要是COD、NH3-N、TSS、TP、大腸桿菌等指標(biāo)超過正常標(biāo)準(zhǔn)，不同地區(qū)差別較大，總體特點(diǎn)[8]如下：</p><p>　?。?）總量巨大且逐年增加。我國農(nóng)村人口總數(shù)占總?cè)丝跀?shù)的70.1%，由此可見農(nóng)村生活污水的排放量之大。近年來，隨著農(nóng)村人們生活水平的提高，比如洗衣機(jī)等各種家用電器的普及，農(nóng)村生活污水的排放量將會(huì)進(jìn)一步增多。</p><p>　?。?）水質(zhì)、水量波動(dòng)大。農(nóng)村

25、生活污水的水質(zhì)、水量與農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、地理環(huán)境、生活方式、生活習(xí)慣以及季節(jié)變化等多種因素有關(guān)。一般來說，不同時(shí)段水質(zhì)差別大，水量變化幅度大。一日之中在上午、中午、下午都有一個(gè)高峰時(shí)段[9]，夜間一般不外排廢水。</p><p>　?。?）面廣且分散。因?yàn)檗r(nóng)村地域廣并且一般沒有固定的污水排放口，所以生活污水排放較分散，收集難度較大，生活污水處理效率不高。</p><p>　　1.1.3

26、農(nóng)村生活污水的環(huán)境危害</p><p>　　多年來農(nóng)村生活污水接納了大量的污染物，自然凈化能力大幅度下降，其中COD、NH3-N、TP等指標(biāo)都大大超過了國家規(guī)定的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，尤其是氮磷含量超標(biāo)引起水體富營養(yǎng)化程度加劇，農(nóng)村水環(huán)境急劇惡化。大量農(nóng)村生活污水隨意排放，不但造成部分農(nóng)田土壤肥力減弱、糧食減產(chǎn)，影響居民生活，并且污染地下水和地表水，對飲水安全構(gòu)成威脅，從而影響農(nóng)村居民的身體健康。</p>

27、<p>　　1.1.4農(nóng)村生活污水的處理方法及存在問題</p><p>　　國內(nèi)外農(nóng)村生活污水處理技術(shù)主要有：生活污水凈化沼氣處理技術(shù)、人工濕地處理系統(tǒng)、穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)、土地滲濾處理系統(tǒng)、生物濾池技術(shù)、生物膜法等，但這些工藝方法在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上還存在不少問題，有運(yùn)行管理費(fèi)用高、二次污染等。就應(yīng)用較廣泛的生物膜法來說，處理負(fù)荷高，有較好的處理效果；但是其投資和運(yùn)行費(fèi)用都較高，且其中氮磷等指標(biāo)要達(dá)到國家規(guī)定的

28、污水排放標(biāo)準(zhǔn)還有一定的困難。</p><p>　　1.2 電化學(xué)法處理農(nóng)村生活污水 </p><p>　　1.2.1電化學(xué)法去除生活污水中污染物的基本機(jī)理</p><p>　　電化學(xué)處理是以適當(dāng)?shù)牟牧献麟姌O，經(jīng)直流電場作用，將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過程。當(dāng)廢水流經(jīng)電化學(xué)處理槽時(shí)，在陽極和陰極表面分別發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，依靠這些反應(yīng)去除污水中的污染物。</

29、p><p>　　劉永峰[10]提出廢水的電化學(xué)處理基本包括四個(gè)過程：電極表面電化學(xué)處理過程，電凝聚處理過程、電解浮選過程、電解氧化還原過程。結(jié)合本次研究內(nèi)容，著重討論本次研究中所涉及到的電化學(xué)氧化處理法的原理。</p><p>　　1.2.2 電化學(xué)法去除氨氮的原理</p><p>　　Rajkumar D等[11]提出電化學(xué)法降解污染物的過程，可以分為直接氧化和間接氧

30、化過程。在直接氧化過程中，污染物首先被吸附到陽極表面，再通過電子傳遞反應(yīng)形成羥基自由基（·OH），污染物的分子結(jié)構(gòu)被強(qiáng)氧化性自由基破壞，分解為二氧化碳。在間接氧化過程中，電化學(xué)產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑如次氯酸/氯氣、臭氧、H2O2等，污染物在溶液中與電化學(xué)生成的氧化劑發(fā)生氧化作用得以去除。</p><p>　　電化學(xué)法去除氨氮的機(jī)理[12]，在直接氧化過程中，氨在陽極會(huì)失去三個(gè)電子從而被氧化成氨氣和水；在間接氧化過

31、程中，氯離子首先在陽極被氧化成游離氯，然后溶解在水溶液中形成“活性氯”，作為強(qiáng)氧化劑與氨氮反應(yīng)，去除氨氮。有關(guān)反應(yīng)式如下：</p><p>　　2NH3 + 6?OH → N2 + 6H2O (1-1)</p><p>　　2Cl-→Cl2+2e- (1-2)&l

32、t;/p><p>　　Cl2+H2O→HOCl+H++Cl- (1-3)</p><p>　　2HClO + 2NH3+ → N2 + 2Cl- + 4H+ + 3H2O (1-4)</p><p>　　Chen[13]等人研究了氯離子濃度、電流密度、初時(shí)溶液pH等條件對Ru

33、O2-IrO2-TiO2/Ti電極電解氧化去除污水中氨氮的影響，結(jié)果表明，氨氮的去除主要以間接氧化反應(yīng)為主，直接氧化作用去除效率很低。袁芳等[14]也提出氨氮的直接氧化效果不明顯，主要依靠間接氧化去除。由此可見，在電化學(xué)法處理農(nóng)村生活污水時(shí)，間接氧化是去除氨氮的主要工作原理。</p><p>　　1.2.3 電化學(xué)法較傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢</p><p>　　傳統(tǒng)處理農(nóng)村生活污水的方法普遍存在著

34、因負(fù)荷過高而引起的工藝流程長，能耗大，出水不達(dá)標(biāo)等問題，較傳統(tǒng)處理方法，電化學(xué)法具有其無法比擬的特點(diǎn)[2]：</p><p>　　1)電子轉(zhuǎn)移只發(fā)生在電極及廢水組份間，不需添加額外的氧化還原劑，從而避免了由于添加其它藥劑而引起的二次污染的問題；</p><p>　　2)通過改變外加電流、電壓，能夠隨時(shí)調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，可控性比較好；</p><p>　　3)電解產(chǎn)生的自

35、由基可以無選擇地直接與廢水中的有機(jī)污染物反應(yīng)，可將其降解為簡單有機(jī)物、二氧化碳和水，沒有或很少產(chǎn)生二次污染；</p><p>　　4)反應(yīng)條件溫和，電化學(xué)過程通常在常溫常壓下就能夠發(fā)生；</p><p>　　5)反應(yīng)器設(shè)備及其操作過程一般比較簡單，如果設(shè)計(jì)合理，所需費(fèi)用不高；</p><p>　　6)如果排污規(guī)模比較小，能夠?qū)崿F(xiàn)就地處理；</p>&l

36、t;p>　　7)當(dāng)廢水中含有金屬離子時(shí)，陰、陽極會(huì)同時(shí)起作用(陰極可還原金屬離子，陽極氧化有機(jī)物)，能夠盡可能提高處理效率，并且回收再利用有價(jià)值的化學(xué)品或金屬；</p><p>　　8)不僅可以作為單獨(dú)處理工藝，而且可以與其他處理方法相結(jié)合，例如作為前處理，能夠提高廢水的可生物降解性；</p><p>　　9)兼具氣浮、絮凝、消毒等作用；</p><p>　　

37、10)作為一種清潔工藝，其設(shè)備占地面積小，特別適合于人口較多的城市污水的處理。</p><p>　　因此，電化學(xué)水處理技術(shù)被稱為“環(huán)境友好”技術(shù)，在綠色工藝方面潛力較大，有望得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　第2章 實(shí)驗(yàn)材料和方法</p><p>　　采用電化學(xué)法處理農(nóng)村生活污水，本次實(shí)驗(yàn)主要研究電化學(xué)法對污水中氨氮去除效果的影響。分別考察不同電流密度、極板間距、

38、氯離子濃度條件下，對氨氮去除率的影響。實(shí)驗(yàn)所用材料和方法均符合標(biāo)準(zhǔn)分析方法的規(guī)定。</p><p><b>　　2.1 實(shí)驗(yàn)試劑</b></p><p>　　2.1.1 試驗(yàn)用水</p><p>　　此次實(shí)驗(yàn)是用電化學(xué)法處理模擬農(nóng)村生活污水，所謂模擬生活污水，就是在配置的水樣中加入各種有機(jī)物和無機(jī)物，使其和真實(shí)污水中污染物種類及濃度范圍基本一致

39、，如有機(jī)物、氨氮、磷酸鹽等。綜合考慮實(shí)驗(yàn)條件等問題，此次試驗(yàn)主要考察電化學(xué)法對農(nóng)村生活污水中氨氮的去除效果。本次實(shí)驗(yàn)的水樣采用現(xiàn)場配制的水樣，其成分及含量如下表所示：</p><p>　　表2-1 試驗(yàn)水樣的配置</p><p>　　將表2-1中的藥品用蒸餾水配成1 L溶液，現(xiàn)配現(xiàn)用。每次實(shí)驗(yàn)時(shí)都要重新測定水樣中氨氮的含量，并記錄數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.1.

40、2 主要試劑及配制</p><p>　　實(shí)驗(yàn)試劑[15]主要包括：蒸餾水、銨標(biāo)準(zhǔn)貯備液（1.00mg/L）、銨標(biāo)準(zhǔn)使用液（0.010 mg/L）、酒石酸鉀鈉溶液、納氏試劑。</p><p>　　1）銨標(biāo)準(zhǔn)貯備液：稱取3.819g經(jīng)100ºC干燥過的優(yōu)級純氯化銨（NH4Cl）溶于水中，移入1000mL容量瓶中，加水稀釋至標(biāo)線。此溶液中每毫升含1.00mg氨氮。</p>

41、<p>　　2）銨標(biāo)準(zhǔn)使用液：移取5.00mL銨標(biāo)準(zhǔn)貯備液置于500mL容量瓶中，稀釋至標(biāo)線。此溶液中每毫升含0.010mg氨氮。</p><p>　　3）酒石酸鉀鈉溶液：稱取50g酒石酸鉀（KNaC4H4O6·4H2O）溶于100mL水中，加熱去除氨，放冷，定容至100mL。</p><p>　　4）納氏試劑：①稱取16g氫氧化鈉溶于50mL水中，充分冷卻至室溫。

42、②另取7g碘化鉀和10g碘化汞（HgI2）溶于水中，然后，將此溶液在攪拌下慢慢注入氫氧化鈉溶液中，用水稀釋至100mL，密塞保存于聚乙烯瓶中。</p><p><b>　　2.2 實(shí)驗(yàn)裝置</b></p><p>　　2.2.1 電解設(shè)備與裝置</p><p>　　電解裝置包括直流電源、電解槽、極板。此次試驗(yàn)所用的直流電源是深圳安泰信公司生產(chǎn)的

43、TPR6010S單路恒壓恒流直流穩(wěn)壓電源，如下圖所示： </p><p>　　圖2-1 TPR6010S單路恒壓恒流直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　該裝置的電流為0～10A，電壓為0～60V可以連續(xù)調(diào)節(jié)，最小變化單位為0.01 A。實(shí)驗(yàn)中通過預(yù)先的限流調(diào)節(jié)，使電解過程中電流保持恒定，從而實(shí)現(xiàn)單因素對象的研究和分析。</p><p>　　電解槽是用有機(jī)玻璃制成的方形

44、器皿，內(nèi)置極板插槽，由于其透明，可以從外界清楚地觀察到內(nèi)部的反應(yīng)情況和有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。</p><p>　　陽極極板是IrO2-Pt/Ti惰性電極，陰極極板采用銅極板。電解槽與極板的實(shí)景圖片如下所示:</p><p>　　圖2-2 電解槽與極板實(shí)物圖</p><p>　　陽極板的三種金屬都是極不活潑的惰性金屬，IrO2鍍在外層，稱為電極的活性物質(zhì)[16]，它的作用類似

45、于催化劑，電極通電時(shí)，它能夠與水分子發(fā)生作用生成氧化性自由基，氧化性自由基再與污染物反應(yīng)，釋放出IrO2，進(jìn)入下一次反應(yīng)。Pt/Ti金屬起傳遞電子的作用，其最大的特性是內(nèi)部原子可以與電子緊密結(jié)合，在外界強(qiáng)制電流作用下不容易失去電子，釋放出金屬離子，因此實(shí)驗(yàn)中不會(huì)發(fā)生類似于可溶性電極所產(chǎn)生的電絮凝作用，水體在電解過程中會(huì)相對比較清澈，而且在測定過程中也較少會(huì)出現(xiàn)有色和還原性離子對氨氮的測定結(jié)果產(chǎn)生干擾的現(xiàn)象；陰極采用銅電極，由于銅具有電阻

46、小，導(dǎo)電性良好等特性，所以在同等條件下消耗的電能少，同時(shí)，銅極板具有較強(qiáng)的耐酸、堿腐蝕性，以此為電極，可以減少電極材料的耗損。</p><p>　　2.2.2 處理、檢測裝置</p><p>　　處理、檢測裝置主要有電子天平、分光光度計(jì)。簡單介紹它們在實(shí)驗(yàn)中的用途。</p><p>　　752N紫外可見分光光度計(jì)：通過測定吸光度進(jìn)而計(jì)算水樣中的氨氮含量。</p

47、><p>　　AR2140電子天平：在配制水樣和試劑時(shí)，準(zhǔn)確稱量各藥品的質(zhì)量。</p><p>　　整個(gè)電解裝置的工作示意圖如下所示，依此連接實(shí)驗(yàn)裝置。</p><p>　　圖2-3 電化學(xué)試驗(yàn)裝置示意圖</p><p>　　2.3 NH3-N的檢測方法</p><p>　　污染物指標(biāo)參數(shù)測定方法采用國家環(huán)?？偩滞扑]的標(biāo)準(zhǔn)

48、方法[15]測定。氨氮的檢測方法采用納氏試劑分光光度法。</p><p>　　第一步：繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，分別取0、1、3、5、7、10mL銨標(biāo)準(zhǔn)使用液于50mL比色管中，用水稀釋至標(biāo)線，分別先后加入1.00mL酒石酸鉀鈉和1.5mL納氏試劑，混勻后靜置10 min。以蒸餾水為參比，在波長420 nm處測定其吸光度。以氨氮質(zhì)量為橫坐標(biāo)，校正吸光度為縱坐標(biāo)，描點(diǎn)繪線即為標(biāo)準(zhǔn)曲線。</p><p>

49、　　第二步：測定原水樣和電解液的氨氮含量，每次取1.00mL水樣于50mL比色管中，稀釋至50mL，以后步驟同標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。</p><p><b>　　2.4 試驗(yàn)步驟</b></p><p>　　2.4.1 NH3-N標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制</p><p>　　NH3-N標(biāo)準(zhǔn)曲線涉及到NH3-N的最終檢測結(jié)果，在技術(shù)上需要達(dá)到一定的要求。根據(jù)國家

50、環(huán)?？偩滞扑]的標(biāo)準(zhǔn)方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)如下表：</p><p>　　表2-2 NH3-N吸光度測定</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)，繪制出此次實(shí)驗(yàn)的NH3-N標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如下圖所示：</p><p>　　圖2-4 NH3-N標(biāo)準(zhǔn)曲線</p><p>　　從圖2-4中可以得知，測量值與擬合直線的方差為0.9991，滿足后續(xù)實(shí)

51、驗(yàn)數(shù)據(jù)處理對精確度的要求。</p><p>　　2.4.2 電流密度對NH3-N去除效果的研究</p><p>　　將約300mL水樣倒入電解槽中，確定極板間距為3 cm，連接好工作電路，測量極板寬度b(cm)，淹沒水深h(cm)，計(jì)算極板有效電解面積S(cm2)，確定電流密度i(mA/cm2)，則工作電流I（A）為：</p><p>　　I=S×i

52、15;10-3=b×h×i×10-3</p><p>　　確定電流密度分別為5、10、20、25、30 mA/cm2，在每個(gè)電流密度下，每隔20分鐘取一個(gè)氨氮水樣1.00mL，電解總時(shí)間為120 min。按照上述NH3-N的檢測方法測定NH3-N的質(zhì)量。在同一坐標(biāo)軸內(nèi)，以電解時(shí)間為橫坐標(biāo)，氨氮去除率為縱坐標(biāo)，繪制曲線。</p><p>　　2.4.3 極板間距

53、對NH3-N去除效果的研究</p><p>　　由第一步試驗(yàn)確定最佳電流密度，在此條件下研究極板間距分別為1cm、2cm、3 cm時(shí)氨氮的去除率，其取樣和測定方法同電流密度的研究情況。在同一坐標(biāo)軸內(nèi)，以電解時(shí)間為橫坐標(biāo)，氨氮去除率為縱坐標(biāo)，繪制曲線。</p><p>　　2.4.4 氯離子濃度對NH3-N去除效果的研究</p><p>　　由前兩步試驗(yàn)確定最佳電流密

54、度和最佳極板間距，在此條件下研究氯離子濃度分別為150mg/L、180mg/L、200mg/L時(shí)氨氮的去除率，其取樣和測定方法同電流密度的研究情況。在同一坐標(biāo)軸內(nèi)，以電解時(shí)間為橫坐標(biāo)，氨氮去除率為縱坐標(biāo)，繪制曲線。</p><p>　　2.4.5 最佳工況的確定</p><p>　　最佳工況的確定必須具備三個(gè)基本條件：第一，氨氮的去除率比較高；第二，氨氮的最終排放量符合國家規(guī)定的污水排放標(biāo)

55、準(zhǔn)；第三，電能消耗較少。根據(jù)2.4.2、2.4.3和2.4.4的研究結(jié)果，并結(jié)合能耗等方面的因素，得到最佳工況。</p><p><b>　　第3章 結(jié)果與討論</b></p><p>　　3.1 電流密度對NH3-N去除率的影響</p><p>　　選取極板間距為3 cm，氯離子濃度為150 mg/L，采用IrO2- Pt / Ti電極為陽極

56、，氨氮初始濃度約100 mg/L，改變電流密度，分別電解2 h，對不同時(shí)間氨氮的濃度進(jìn)行測定，記錄數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪出NH3-N去除率曲線如下圖所示：</p><p>　　圖3-1 電流密度對NH3-N去除率的影響</p><p>　　圖3-1顯示了不同電流密度下，氨氮去除率的情況。從圖中可以得知，隨著電流密度的增大,NH3-N的去除率也隨之增大。原因是當(dāng)電流密度增大時(shí)，電極電勢增高

57、，電極間產(chǎn)生的具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)也增多，相應(yīng)的電化學(xué)氧化能力增強(qiáng)，氨氮去除率增大，文獻(xiàn)報(bào)道[17-19]印證了上述事實(shí)。另外從圖中還可看出：前40 min，5 mA/cm2、10 mA/cm2、20mA/cm2和25mA/cm2電流密度下氨氮的去除率增長緩慢差別不大，之后差別明顯；而在30mA/cm2電流密度下氨氮的去除效果一直較其它電流密度好?？赡苁且?yàn)殡娏髅芏刃?，剛開始一段時(shí)間內(nèi)電解生成的Cl2的量較少，廢水中的有效余氯不多，間接氧

58、化作用不強(qiáng)；隨著時(shí)間的延長，廢水中有效余氯增多，電流密度越大，有效余氯的濃度也越大，間接氧化作用就越強(qiáng)，氨氮的去除效果也開始有了明顯的區(qū)別。在30mA/cm2下，電解120min后，NH3-N的去除率達(dá)到87%，最終電解水樣中NH3-N的剩余量也滿足國家規(guī)定的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　但是隨著電流密度增大到一定程度，電流利用效率降低，在同等條件下，能耗相應(yīng)的增加[20]。所以，綜合氨氮去除率、最終氨氮排

59、放量以及電能消耗等方面因素，此次實(shí)驗(yàn)選擇的最佳電流密度為30 mA/cm2。</p><p>　　3.2 極板間距對NH3-N去除率的影響</p><p>　　選擇電流密度為30 mA/cm2，氯離子濃度為150 mg/L，采用IrO2– Pt / Ti電極為陽極，氨氮初始濃度約100 mg/L，改變極板間距，分別電解2 h，對不同時(shí)間氨氮的濃度進(jìn)行測定，記錄數(shù)據(jù)，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪出

60、NH3-N去除率曲線如下圖所示：</p><p>　　圖3-2 極板間距對NH3-N去除率的影響</p><p>　　圖3-2顯示了氨氮去除率與極板間距的關(guān)系。從圖中可以得知，極板間距從1 cm變化到3 cm時(shí)，120 min內(nèi) NH3-N的去除率先增大后略有減小，極板間距為2 cm時(shí)去除率達(dá)到最大，效果最好。原因是極板間距適量減小, 就會(huì)縮短對流、擴(kuò)散傳質(zhì)的距離，強(qiáng)化了傳質(zhì)效果；同時(shí)極板

61、間電阻減小，電流效率增加，反應(yīng)速率增大，因此在相同時(shí)間內(nèi)NH3-N的去除率相應(yīng)增加。但是，極板間距過小則會(huì)使陽極表面發(fā)生鈍化，影響電極反應(yīng)速度，能耗增大。</p><p>　　從整個(gè)時(shí)間段來看，極板間距的變化對氨氮的去除效果影響不大。電解120min后，在極板間距為1cm、2cm和3cm時(shí)，NH3-N的最終去除率分別為84.6%、90.6%和86.7%，差別不大，且最終NH3-N的含量均滿足國家規(guī)定的污水排放標(biāo)準(zhǔn)

62、。</p><p>　　極板間距過小會(huì)使副反應(yīng)加劇，水溫激增，電流增大導(dǎo)致能耗增加。而極板間距過大,裝置電流效率降低，使得去除率減小。另外，電極間距過大會(huì)導(dǎo)致電阻增大, 槽電壓增加，從而導(dǎo)致能耗增加。文獻(xiàn)報(bào)道[21-22]印證了上述事實(shí)。</p><p>　　所以綜合氨氮去除率、最終氨氮排放量以及電能消耗等方面因素，此次實(shí)驗(yàn)選擇的最佳極板間距為2 cm。</p><p&

63、gt;　　3.3 氯離子濃度對NH3-N去除率的影響</p><p>　　選擇電流密度為30mA/cm2，極板間距為2cm，采用IrO2–Pt/Ti電極為陽極，氨氮初始濃度約100 mg/L，改變氯離子濃度，分別電解2h，對不同時(shí)間氨氮的濃度進(jìn)行測定，記錄數(shù)據(jù)，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪出NH3-N去除率曲線如下圖所示：</p><p>　　圖3-3 氯離子濃度對NH3-N去除率的影響<

64、/p><p>　　圖3-3顯示了不同氯離子濃度下，氨氮去除率的情況。從圖中可以得知，氯離子濃度對氨氮的去除率影響較大。在一定氯離子濃度存在條件下，隨著電解時(shí)間的延長，氨氮的去除率不斷增大；隨著氯離子濃度的不斷增加，氨氮的去除率也逐漸增大。在氯離子濃度為200mg/L時(shí),電解120min后，氨氮的去除率已經(jīng)達(dá)到了95%，電解剩余的氨氮的最終含量也達(dá)到了國家規(guī)定的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。如果再進(jìn)一步增大氯離子濃度，則Cl-在陽極被

65、氧化后產(chǎn)生的產(chǎn)物，可能不能完全被利用，而產(chǎn)生其他副反應(yīng)，NH3-N的去除率反而不會(huì)提高，相關(guān)文獻(xiàn)印[18,19,21]證了上述事實(shí)。</p><p>　　所以綜合氨氮去除率、最終氨氮排放量以及電能消耗等方面因素，此次實(shí)驗(yàn)選擇的最佳氯離子濃度為200mg/L。</p><p>　　3.4 電化學(xué)法對農(nóng)村生活污水的處理效果</p><p>　　在電流密度為30mA/cm

66、2,極板間距為2cm,氯離子濃度為200mg/L，陽極為IrO2–Pt/Ti惰性電極的條件下，對農(nóng)村生活污水進(jìn)行處理研究，結(jié)果如下：</p><p>　　圖3-4 電化學(xué)法對農(nóng)村生活污水的處理效果</p><p>　　圖3-4顯示了最佳工況條件下NH3-N去除率的情況。從圖中可以看出，NH3-N的去除率隨電解時(shí)間的延長逐漸增大，前80min內(nèi)，NH3-N的去除率增長較快，120min后去除

67、率為95.3%，出水NH3-N含量為6.02mg/L低于GB18918-2002“生活污水放標(biāo)準(zhǔn)”中一級B標(biāo)準(zhǔn)的上限值8 mg/L。</p><p><b>　　結(jié)　論</b></p><p>　　通過IrO2- Pt / Ti惰性電極對農(nóng)村生活污水進(jìn)行電化學(xué)氧化的試驗(yàn)研究，可以得出以下結(jié)論：</p><p>　　（1）電流密度對氨氮的去除起主

68、要作用。在一定的范圍內(nèi)，電流密度越大，氨氮的去除率越高。但是，隨著電流密度的增大，極板電壓也增大，會(huì)導(dǎo)致能耗增加。綜合氨氮去除效率和能耗等方面因素，在實(shí)際操作中選擇最佳的電流密度。此次試驗(yàn)的最佳電流密度為30 mA/cm2。</p><p>　?。?）在一定的條件下，極板間距對氨氮去除率的影響沒有電流密度明顯。一般規(guī)律是：隨著極板間距的增大，氨氮的去除率先增大后減小。極板間距過大或過小，都不利于氨氮的去除，還會(huì)增

69、加電能損耗。因此，在實(shí)際操作中要綜合考慮各方面因素確定一個(gè)最佳極板間距。此次試驗(yàn)的最佳極板間距是2cm。</p><p>　?。?）在一定的范圍內(nèi)，加入一定量的氯離子有利于氨氮的去除。隨著氯離子濃度的增大，氨氮的去除率也增大。但氯離子濃度過大，電解產(chǎn)生的Cl2的量會(huì)增加，會(huì)對環(huán)境以及人體造成危害。所以，綜合考慮各方面因素，在實(shí)際操作中選擇最佳的氯離子濃度。此次試驗(yàn)的最佳氯離子濃度為200mg/L。</p&g

70、t;<p>　?。?）試驗(yàn)確定的電化學(xué)法處理農(nóng)村生活污水的優(yōu)化條件：電流密度為30mA/cm2，極板間距2cm,氯離子濃度為200mg/L，陽極為IrO2-Pt/Ti電極。處理后的氨氮指標(biāo)達(dá)到了國家規(guī)定的生活污水一級B排放標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　本課題針對氨氮去除效果的研究，結(jié)果較為理想，但依然存在不少的問題：首先，此次研究只考慮了去除率、最終排放量和能耗方面，在實(shí)際生產(chǎn)中要綜合考慮各方面因素如

71、場地面積、污水量大小、資金投入等；其次，實(shí)驗(yàn)研究采用的是IrO2-Pt-Ti惰性電極，所用電極比較昂貴，若應(yīng)用到實(shí)際污水處理中會(huì)增加運(yùn)行成本；最后，電化學(xué)法本身還存在一些問題尚未解決，電化學(xué)水處理技術(shù)要得到廣泛應(yīng)用，仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。</p><p>　　實(shí)際上，農(nóng)村生活污水中的污染物指標(biāo)除了NH3-N外，還有COD、BOD、TP等，在后續(xù)的研究中，可以以此為研究對象，進(jìn)一步考察電化學(xué)法對農(nóng)村生活污水的處理效果

72、。另外，影響電化學(xué)法對農(nóng)村生活污水中污染物的因素除了本課題研究的幾點(diǎn)之外，還有陽極材料、電解時(shí)間、初始進(jìn)水濃度等也有較大的影響，在今后可做進(jìn)一步研究，逐步完善最佳工況條件。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　畢業(yè)論文結(jié)束了，在這里，首先衷心地感謝**老師對我的悉心指導(dǎo)和耐心幫助。正是在他們淵博的專業(yè)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)的帶動(dòng)下，我才能夠

73、順利地完成這次畢業(yè)論文的任務(wù)。在論文階段，從選題到后來實(shí)驗(yàn)以及最后的論文撰寫，**老師耐心幫助我，時(shí)刻關(guān)心我畢業(yè)論文工作的進(jìn)展，指正我的錯(cuò)誤，并幫助我解決研究中遇到的許多問題，使我能夠順利的完成論文工作。</p><p>　　通過這次的畢業(yè)論文，四年學(xué)到的大部分知識(shí)得到了充分的應(yīng)用，同時(shí)也學(xué)到了很多知識(shí)。在論文的寫作過程中，通過查閱資料和搜集相關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動(dòng)手能力。還從老師身上看到了科研的嚴(yán)謹(jǐn)性和實(shí)