电化学脱氮技术在污水处理厂尾水处理中的应用

吴含西 赵渝（.台州市环科环保设备运营维护有限公司，浙江台州38000；.温岭市污水处理有限公司，浙江台州3750）

0 引言

当前我国的生活污水处理中的有机物和氨氮去除成为一大难点问题。对城市污水进行二级处理之后，其污水尾水中的有机物含量较低，但依旧存有含量较高的总氮（TN），若直接将该污水排进河流，会引发河流的富营养化，基于此，关于污水处理厂尾水的脱氮技术变得迫在眉睫。

对污水厂尾水中的TN分析，发现尾水中的C/N比例低，在低C/N的前提下，会对深入的脱氮处理技术带来干扰。当前我国采取超滤膜、反渗透膜分离以及臭氧活性炭等方式对尾水中的氮含量进行清除，即使获得了比较好的成效，但还是不能被广泛运用于污水处理厂的处理之中。

1 电化学脱氮技术的产生原理

所谓电化学处理技术，指的是在电极或者外加电场的辅助下，在专业的反应容器内发生的一系列物理化学反应，最终实现对废水污染物的降解效果。电化学处理技术过程中不需要添加任何药物试剂，同时也不会对环境带来污染，故被称为“环境友好型”技术。电解脱氮的时候，溶液内会产生-OH，羟基自由基本身具备很强的氧化性，可以高效去除污水中的杂物。除此之外，溶液中还会产生Cl-，Cl-会发生氧化反应变成Cl2和次氯酸根离子ClO-，Cl2以及ClO-都具有强氧化性，可将污水中的氨氮进行直接氧化去除。电解-生物法组合进行处理时，会在电解产生的H2和污水中NH3的作用下进行反硝化，其中NH3-N是电子供体，NO3-N是电子受体，产物为无毒无味的N2。

2 电化学脱氮技术的试验器材及方法

为了更深层次的对电化学脱氮技术在污水处理厂中的处理进行分析，文章选取试验的形式展开全面讨论。首先，试验用水的合理择取，选择某城市的污水处理厂为试验基地，该污水处理厂的尾水为试验用水，需要注意，一定要保证该污水处理厂的出水满足国家相关标准，才能具备试验的资格。其次，试验器材的合理选取，通常情况下选择材质为PE的试验器材，要求器材所用电极要具备较强的电催化能力和氧化力，同时将该试验器材的内部电极电位调整到1.5～1.8V 范围内，适当延长该试验器材的使用时间。把电极板交错放置，控制各电极板阴阳极留有一定距离，在阴阳极之间填充活性炭、金属颗粒等物质，会加大电极板的催化效果，具体应用在污水处理厂的过程中，污水会穿过反应器的下部缓慢进入电极板后再流出。

电化学脱氮技术的试验过程是一个连续过程，要求试验期间不可以出现间断，保障试验效果的最佳性。基于此，在试验之前，保持试验用水量为5～10m3·d-1，并且把试验器材放置在指定位置，同时把催化剂放在原水中浸泡片刻，避免催化剂对脱氮技术产生干扰。之后，再接通器材电源，要求电源的电压为直流电压、稳定电压，输出电压的大小依据实际污水情况进行对应调整。尾水在通过水泵之后，对其流量进行调整记录，观察催化-电氧反应现象，及时读取反应器的显示数据，再取出试验样品，如此一来就能计算尾水中的总氮含量，并且在电化学脱氮技术处理之后计算出尾水中的总氮含量，对比分析电化学脱氮技术的处理效果是否达标。不同的水质特征，要选取对应的处理方式，其中使用频率最高的当属纳氏试剂光度法。

3 分析试验结果

3.1 电流密度

通过对某市的城市污水处理厂的尾水进行电化学脱氮技术操作后，本文先就电化学脱氮技术应用中电流密度的变化特征进行分析讨论，以尾水中的TN含量为标准，控制试验用水的pH=6.0、尾水进水流量为7 m3·d-1，此时对应的TN 含量值位于23.6～27．2mg·L-1范围内，之后每个12h 对试验用水进行取样检测，试验连续运行5天，对电极板的电流密度进行观察分析不难得出，在反应器电极板电流密度依次为10.67 mA·cm-2、16.00 mA·cm-2、32.67 mA·cm-2以及63.33 mA·cm-2时，尾水中TN含量的去除效果有显著差别，其中电流密度为16．00 mA·cm-2时TN去除率为33．1%，63．33 mA·cm-2时去除率则为53.2%，发现规律：电极板阳极的电流密度越高，对应尾水中TN含量去除效果越强，这主要是因为电极板阳极存在固体催化材料，使得阳极的氧化性增强。为了有效控制施工成本，提升TN 含量的去除效果，同时提高电流的利用率，控制最佳电流密度为32.67 mA·cm-2。。

3.2 进水pH值

控制尾水进水流量为7 m3·d-1、电流密度为32.67 mA·cm-2以及进水TN 平均值为26.42 mg·L-1时，对尾水的进水pH 值进行分析处理，可以得出，进水pH 值和电化学脱氮技术TN 含量去除效果之间存在直接性关联，但是进水pH 值对电化学脱氮技术TN含量去除效果影响较小。污水处理厂的尾水在经过电化学脱氮技术处理之后，尾水进水的pH 值皆处在6.20-7.00 范围内，同时当尾水进水的pH＜5时，电化学脱氮技术处理后的尾水TN 去除率发生轻微变化，当尾水进水的pH＞5 时，电化学脱氮技术处理后的尾水TN去除率发生较大下降，总的来说，在尾水进水pH值变化的前提下，电化学脱氮技术处理后的尾水TN去除率的变化程度都不显著，为了高效控制施工成本，避免资源浪费，通常在进行电化学脱氮技术的时候，不会过多调整尾水进水的pH值。

3.3 水力停留时间

控制尾水进水的pH值皆处在6.20～7.00范围内，尾水进水流量为7 m3·d-1、电流密度为32.67 mA·cm-2以及进水TN平均值为26.42 mg·L-1，对15min、30min、60min 以及90min 的水力停留时间进行试验分析，结果发现，随着水力停留时间的增加，电极板中固体催化颗粒填料和尾水中的污染杂物充分接触，导致尾水在电场中的驻留时间增加，最终提高了电化学脱氮技术TN含量的去除率，TN的氧化分解性能增强也是由于该原因。需要注意的是，即使增加水力停留时间会加强电化学脱氮技术的TN去除率，但水力停留时间过长，会引发一些副反应，副反应会对电化学脱氮技术的电流效率起到一定的干扰，通过对某城市污水尾水进行试验发现，当水力停留时间超过60min后，电化学脱氮技术的TN 去除率变化幅度减慢，同时也会加大副反应的出现频率，为了加大尾水的除氮效率，通常选取30min为最佳水力停留时间。

3.4 讨论总结

对以上三种要素变化进行深入分析，得出在具体应用电化学脱氮技术处理某城市污水尾水的时候，控制尾水进水的PH值皆处在6.20～7.00 范围内，尾水进水流量为7 m3·d-1、电流密度为32.67 mA·cm-2、进水TN平均值为26.42 mg·L-1以及水力停留时间为30min，才能实现脱氮技术的最佳效能，其中尾水中的NH3-N 的去除率为55.1%，NO3-N 的去除率高达72.9%，所以说，电化学脱氮技术在污水处理厂尾水TN去除方面效果显著。除此之外，可以发现电化学脱氮技术在具体运用过程中，主要消耗大量电能，基本上1m3尾水会消耗0.32KW·h 的电量，对于比其他离子交换脱氮、生物脱氮技术，该技术的耗电量相对较小。由于电化学脱氮技术在污水处理厂的尾水处理中具体成本低、效能高、方式简便以及运行温度易控制等优势，因此被广泛运用于各大城市污水处理中。而且经由电化学脱氮技术处理过的尾水水质呈中性，不需要调节反应器的尾水进水pH值，还能实现低C/N基础下的高校脱氮目标，总之，电化学脱氮技术具备很大的应用价值，其试验结果已被大多数城市污水处理商赞同认可，理应被推荐使用。

4 结语

电化学脱氮技术在污水处理厂中的应用得到了业界人员的高度关注，由于该技术在电解时会产生强氧化剂，以及电解的阴阳极会发生氧化还原反应，都能对高效去除污水的TN 含量起到辅助作用。文章通过对试验结果中的电流密度、进水PH 值以及水力停留时间进行分析，得出其对电化学脱氮技术去除总氮量的影响，以便其他污水处理单位借鉴学习。