脱氮树脂脱附液电化学处理与回用研究

2019-01-08姜笔存谈政焱戴祖明司徒瑜霞

中国资源综合利用 2018年12期

姜笔存，谈政焱，许玲，戴祖明，司徒瑜霞

（1.南京环保产业创新中心有限公司，南京 211102；2.南京大学盐城环保技术与工程研究院，江苏盐城 224006）

脱氮树脂吸附法是众所周知的最佳硝酸盐深度去除技术之一。脱氮树脂脱附液具有总氮浓度高、盐分大且生物降解难等特点，使其处理成为公认的治理难题[1]。树脂脱附液常规处理方法包括混凝法、高级氧化法、蒸发法以及膜处理法等。常规处理工艺脱附液处置成本高，而且脱附液中含有的大量脱附剂（盐分）也未能得到有效回用，造成了资源的浪费。电化学法具有无药剂投加、无污泥产生、功能灵活且易于控制的优势，是一种适应国家发展要求的清洁废水处理技术。本文以高盐、高氮的脱附液为研究对象，研究新型电化学技术强化脱附液脱氮性能以及处理后脱附液回用于树脂再生效果。

1 试验与检测方法

1.1 脱附液水质

脱附液水质如表1所示。

1.2 电极制备

阴极制备：三水合硝酸铜与五水合硝酸钴溶于5 mL异丙醇中，将配制的异丙醇溶液刷涂于钛板表面，所得钛板置于80℃干燥箱中5 min，之后移至500℃马弗炉中5 min，重复涂刷干燥过程5次，最后1次置于500℃马弗炉中焙烧3 h。

1.3 试验方法

钌铱钛电极、自制铜钴电极分别作为阳极和阴极，在20 mA/cm2电流密度下对树脂脱附液进行电化学脱氮处理，研究电化学脱氮动力学特性。按V树脂:V脱附液=1:3的比例，将电化学处理后的脱附液用于树脂再生，形成新的脱附液用相同的电化学工艺进行处理，如此循环，研究脱附液再生回用特性。

表1 脱附液水质

1.4 检测分析

总氮（TN）采用《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ636-2012）中的方法测定；硝态氮（NO3-）采用《工业循环冷却水及锅炉水中氟、氯、磷酸根、亚硝酸根、硝酸根和硫酸根的测定离子色谱法》（GB/T 14642-2009）中的方法测定；氨氮（NH3-N）采用《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》（HJ 535-2009）中的方法测定。

2 结果与讨论

2.1 脱附液电化学无机氮去除效果研究

图1 电化学处理脱附液脱氮动力学曲线

如图1所示，总氮和硝态氮浓度随电化学反应时间增加而降低[2]。电化学阴极反应将硝态氮转化为氨氮，阳极反应将脱附液中氯离子转化为活性氯。活性氯与氨氮发生折点加氯反应，实现脱附液总氮的有效去除。

氨氮浓度随时间增加呈先增加后降低的趋势，最终趋于零。氢化机制可能对硝酸盐还原的贡献较大，因为H（ad）的存在产生了强烈的还原环境，其中E（H+/H·）=-2.31 V（SHE），氮中间体物质可能在析氢反应区域内与H（ad）反应，产生NH（ad）吸附物质，这些连续反应可能通过逐步加入H2产生

氨氮浓度随反应时间先增高后降低。由于反应开始硝酸根在阴极还原生成的氨氮速率大于氨氮折点加氯反应速率（反应初期阳极产生的活性氯浓度低），所以氨氮在反应开始阶段浓度会累积。随着反应进行，活性氯浓度增加，能迅速地将氨氮氧化成氮气而去除。

2.2 电化学处理脱附液回用研究

2.2.1 未补盐调剂的脱附液再生回用研究

图2 未补盐调剂的脱附液再生回用脱附量

如图2所示，相比原脱附液，经电化学处理并循环回用3次，总氮脱附量较未处理的从1 550 mg/L增至2 324 mg/L，总氮脱附率增加33.30%。总氮脱附量与电化学总氮去除量正相关，这可能是由于电化学有效去除了脱附液中总氮物质，电化学处理后脱附液又恢复了一定的树脂总氮脱附空间。随着回用次数增加，脱附液脱附的总氮降低，从第1次回用可脱附总氮448 mg/L，至第3次回用可脱附总氮94 mg/L，这可能是由于多次再生树脂导致脱附液中氯离子浓度降低所致。

2.2.2 补盐调节的脱附液再生回用研究

图3 补盐调剂的脱附液再生回用

如图3所示，相比原脱附液，经电化学处理并循环回用3次，总氮脱附量较未处理的从1 538 mg/L增至3 297 mg/L，总氮脱附量增加53.35%。这可能是由于电化学有效去除了脱附液中总氮物质，电化学处理后脱附液又恢复了一定的树脂总氮脱附空间。

为了解决每次树脂再生导致氯化钠浓度降低的问题，每次电化学处理后将废液中氯化钠浓度补充调剂至原脱附剂NaCl浓度。第1次使用电化学处理后的脱附液再生树脂，脱附液总氮浓度增加662 mg/L，第三次循环再生树脂，脱附液总氮浓度增加497 mg/L，随着脱附次数增加，电化学处理后的脱附液再生树脂能力有所降低，但明显优于未进行盐分调剂的脱附液。

对比图2和图3发现，利用氯化钠调节盐度后的脱附液用于树脂再生时，可以更大量地置换出饱和树脂中的硝酸根离子，单位时间内硝态氮的去除量更高，还可以提高脱附液的循环回用次数。