电化学方法深度去除水中硝酸盐氮

论文摘要

目前,经过污水处理厂常规处理后的出水,通常较易达到总氮小于35mg·L-1可无害化排放的水质指标,但较难降低至10mg·L-1以下的资源化利用的指标要求。这是因为水中的总氮通常是以硝酸盐氮、氨氮等比较稳定的形式存在,长期富集在水体中较易发生富营养化,出现水华、异味等一系列问题,故而直接制约了水资源的再利用。本文在对目前去除水体中硝酸盐氮的主要方法进行分析比较的基础上,选择非常具有发展前景、能够深度去除水体中微量硝酸盐氮的电化学净水技术进行研究,着重研究了电化学还原降解及其与电迁移联合作用的脱氮效果及影响因素。本文首先建立了准确测定水中硝酸盐氮的分析方法,成功的排除了测定时必要添加物质以及Fe-Si滤层材料溶出Fe离子、反应体系中生成的Ca（OH）2等物质对分析测定的干扰。然后,本论文选择了文献中常用的对硝酸盐氮去除效果比较好的七种电极材料进行了在不同电位下的脱氮效果对比研究。通过实验得出结论,Fe-Si和Cu-Ni-Zn电极可以经济有效的去除水体中的硝酸盐氮。我们又进一步研究了实验过程中流速、电流密度、初始浓度、反应时间、粉体厚度等因素对Fe-Si滤层材料电化学还原降解水中硝酸盐氮效果的影响。实验证明,在2mA·cm-2的阴极极化电流密度下,Fe-Si滤料电极能在2h内将600mL·h-1流量的水体中的硝酸盐氮浓度从39.58mg·L-1降低至3.78mg·L-1,降解率可达90%以上本文还开展了用Cu-Ni-Zn电极电化学还原和电迁移联合脱除水中硝酸盐氮的研究,考察了电迁移与反扩散、流速以及电流密度等因素对脱氮效果的影响。实验证明,Cu-Ni-Zn电极在电化学还原和电迁移共同作用下,20min内即可达到90%以上的硝酸盐氮脱除率。电化学去除水体中硝酸盐氮的技术是一项以电子为还原剂、无须添加任何催化剂、无二次污染、设备简单、非常有效且实用的脱氮技术。文章最后对去除水体中的硝酸盐氮的现有技术存在的问题和以及有待进一步解决改进的几个方面进行了探讨和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 硝酸盐氮污染的现状
• 1.2 硝酸盐氮污染的主要来源
• 1.2.1 氮素化肥的施用
• 1.2.2 污水灌溉
• 1.2.3 生活污水和工业废水的渗漏
• 1.2.4 垃圾中液体下渗的污染
• 1.3 硝酸盐氮污染的主要危害
• 1.3.1 污染水资源
• 1.3.2 破坏土壤结构
• 1.3.3 影响人体健康
• 1.3.4 危害家畜及农作物
• 1.4 硝酸盐氮废水处理的主要方法
• 1.4.1 生物法
• 1.4.2 物理化学法
• 1.4.3 化学法
• 1.5 本论文的选题目的、意义和内容
• 1.5.1 本课题的研究目的和意义
• 1.5.2 本课题的研究内容
• 第二章 硝酸盐氮分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂及材料
• 2.2.2 主要仪器设备
• 2.2.3 紫外分光光度法测定水中硝酸盐氮的原理及方法
• 2.2.4 计算公式
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 紫外分光光度法测定水中硝酸盐氮的干扰物质及消除方法
• 2.3.2 紫外分光光度法测定水中硝酸盐氮的准确度与精密度
• 2.4 小结
• 第三章 电化学去除水中硝酸盐氮的电极选择
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂及材料
• 3.2.2 主要仪器设备
• 3.2.3 实验方法及步骤
• 3.2.4 计算公式
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 Fe-Si阴极对降解效果的影响
• 3.3.2 Cu-Ni-Zn阴极对降解效果的影响
• 3.3.3 Ni-S阴极对降解效果的影响
• 3.3.4 Ti-Pd阴极对降解效果的影响
• 3.3.5 Ti-Pd-Cu阴极对降解效果的影响
• 3.3.6 Fe阴极对降解效果的影响
• 3.3.7 Cu阴极对降解效果的影响
• 3.4 小结
• 第四章 Fe-Si滤层电化学还原降解硝酸盐氮
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要试剂及材料
• 4.2.2 主要仪器设备
• 4.2.3 实验方法及步骤
• 4.2.4 计算公式
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 Fe-Si滤层电化学还原硝酸盐稀溶液的效果及影响因素
• 4.3.2 Fe-Si滤层电化学还原景观河水中硝酸盐氮的效果及影响因素
• 4.3.3 Fe-Si滤层电化学还原景观河水中硝酸盐氮实例
• 4.4 小结
• 第五章 电化学还原和电迁移联合去除水中硝酸盐氮
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 主要试剂及材料
• 5.2.2 主要仪器设备
• 5.2.3 实验方法及步骤
• 5.2.4 计算公式
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 Cu-Ni-Zn阴极去除人工配制硝酸盐氮溶液的影响因素
• 5.3.2 Cu-Ni-Zn阴极电化学还原与电迁移联合去除人工配制的硝酸盐氮
• 5.3.3 Cu-Ni-Zn阴极去除景观河水中硝酸盐氮的影响因素
• 5.3.4 Cu-Ni-Zn阴极电化学还原与电迁移联合去除景观河水中的硝酸盐氮
• 5.4 小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 研究成果及发表的学术论文
• 致谢
• 作者及导师简介
• 附录