電化學脫氮技術在城市污水處理中的運用分析

羅頌

（哈爾濱市市政工程設計院有限公司，黑龍江 哈爾濱150000）

水是人們日常生活和各項社會生產(chǎn)活動中不可或缺的資源，而在其使用過程中難免會產(chǎn)生污水，如果不加處理任由其排入外界環(huán)境，必然會影響自然生態(tài)的健康。因此，必須采取積極有效的措施對污水進行凈化，但是因為不同情境下所產(chǎn)生的污水，物質成分存在很大差別，所以其處理方法是否選取得當，是決定污水處理效果是否可靠的重要因素。其中氨氮類元素是污水凈化中的主要處理物質，電化學脫氮技術對于清除該類物質具有十分顯著的效果。

1 目前我國城市污水處理技術的應用現(xiàn)狀

目前我國城市污水的處理仍然集中在有機物和氨氮物質的去除，其中氮物質因為生物課降解度比較低，所以為城市污水處理的核心，總氮量是評判污水處理后質量的重要指標，如果排入外界環(huán)境的污水總氮量過高，就會導致附近的水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象，進而造成嚴重的水污染，因此，如實現(xiàn)有效脫氮，是解決當前城市污水問題的關鍵。原則上，生物脫氮處理的效果在各類脫氮技術中當屬效果最為顯著的，但是因為城市污水中的碳氮比（C/N）比較低，不利于生物脫氮技術的實施，所以目前我國普遍采用的城市污水處理仍然以臭氧活性炭吸附過濾、反滲透膜分離以及超濾膜過濾方式等為主，這些處理技術的污水凈化能力雖然也比較顯著，但是也都具有一定的局限性，比如對污水量較大的情況下，就很難取得理想的處理效果。

基于此，近年來我國也在城市污水處理方面進行了一系列的研究，探索了很多更為先進的處理工藝，其中電化學氧化法因為諸多優(yōu)勢得以被廣泛推廣和應用。比如電解時會形成陰陽電極和強氧化劑，促進污水中的有機物氧化還原，這比物理去污方法而言，作用程度更深，可以有效防止出現(xiàn)物理過濾不徹底的現(xiàn)象，污水處理效果十分穩(wěn)定可靠。但是因為該種污水處理技術還處于起步階段，所以相關的文獻研究報道比較少，為了更加全面深入地對該技術加以了解，本文通過真實的試驗對其進行了研究，主要試驗內容為一種新型電化學氧化方法，原理是通過耦合技術將常規(guī)的反應電極板和極板之間的催化活性填料進行融合，從而進一步提高城市污水的氨氮成分消除比。相比較于傳統(tǒng)的電化學技術，這種新型電化學加氧化處理的方法氧化效果更加徹底、催化效率更高，同時還具有良好的傳質能力，是一種切實有效的深度脫氮工藝，值得被廣泛推廣應用。具體的試驗過程下文將進行詳細闡述。

2 電化學脫氮技術方法的具體應用試驗

為了更加全面深入地了解電化學脫單技術在城市污水處理的實際作用價值，本文通過實際試驗對其進行了探究。本次試驗主要以某市一符合國家污水處理標準的重點污水處理廠為研究對象，對其所收集的城市尾水采取了電化學脫氮技術進行了處理。實驗器材選擇了材質為PE 材料，且具有較強的電催化和氧化能力的電極設備，電極電位設定在1.6～1.8 之間，試驗過程中將電極板交錯排列放置在一起，并保持陰極板和陽極板間距均衡在五厘米左右，之后在電極板之間增加催化填料，比如金屬顆粒或活性炭等，這樣污水便可以經(jīng)由反應器的下端自動流入電極板，最后從電極板溢出。

電化學脫氮技術應用對操作流程具有一定的連續(xù)性要求，因此，在試驗過程總不能出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，否則就會導致測試結果出現(xiàn)偏差?；诖耍敬卧囼瀸⑦M水量控制在5-10m3.d-1，充分保證了進水的充足性，與此同時，還在試驗開始之前將裝置擺放就位，減少了試驗過程中臨時拿去裝置的時間耽擱，此外，還將催化材料提前在原水中進行了浸泡，有效降低了催化劑的吸附作用，消除了催化劑對進水量的影響。一切準備就緒后接通電源，將供電保持在持續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)，同時調整輸出電壓保持在穩(wěn)定數(shù)值，安排專門的技術人員對通過水泵后的尾水流量進行計算，并觀察電化學條件下催化反應效果。最后通過反應器讀取相關數(shù)據(jù)，統(tǒng)計尾水處理后的總氮含量是否符合規(guī)定標準。

3 電化學脫氮技術方法試驗過程分析

根據(jù)本次電化學脫氮技術應用試驗結果發(fā)現(xiàn)，城市污水處理中的總氮含量和電流密度高低有著直接關聯(lián)，尤其是陽極電流密度，對電化學反應效果的影響十分突出。當進水污水流量為6m3.d-1、pH 值0、反應器陰陽兩端電極之間的距離為5 厘米時，污水中的總氮量大概為23.5mg.L-1。之后每隔十二小時記錄一次總氮量，該過程中電流密度處于動態(tài)變化狀態(tài)，電流密度越大，總氮去除效果體現(xiàn)的就越明顯。分析產(chǎn)生該類現(xiàn)象的原因，應該是催化劑填料在電化學反應過程中，起到了良好的催化和氧化作用，有效促進了污水電化學還原效果，使得氨氮物質快速轉化為氮氣。

除了電流密度因素會對電化學脫氮效果產(chǎn)生影響以外，本次試驗還發(fā)現(xiàn)，污水pH 值也是影響電化學除氮效果的重要原因之一。在本次電化學除氮試驗過程中，分別采取了向城市污水中添加酸性物質和堿性物質的方法，對兩種情況下污水處理效果進行了對比，操作過程根據(jù)城市污水的普遍屬性特征，將pH 值控制在2-10 之間，其他過程操作與上文所述流程一直，最后開啟反應器運行電化學除氮裝置，結果表明，pH 值和尾水總氮含量有著規(guī)律性聯(lián)系，當尾水呈現(xiàn)出酸性特征時，除氮效果要明顯優(yōu)于堿性條件。

另外，本次試驗研究還發(fā)現(xiàn)，在電化學脫氮過程中，不同的水力停留時間條件下，除氮效果也存在較大差異。試驗過程的具體條件控制為：反應器極板電流密度維持在32.67mA.cm-2，相鄰極板之間的距離保持在5 厘米左右，進水的pH 值維持在6.25-7.02 之間。此時總氮的平均值保持在26.40mg.L-1，然后調整進水量，并根據(jù)實際的進水量與反應器的有效體積分別設定出水力停留的時間為15min，30min，60min，120min，最后在每個時間節(jié)點進行取樣分析，其結果如下圖所示。

由上圖可知，總氮的平均去除量是隨著水力停留時間的增大而不斷增大的，這也就表明總氮的去除并不是瞬時發(fā)生的，而是需要實現(xiàn)的過程，水力停留時間的增大，使水中的污染物質和固體催化填料的接觸更加充分，并且在電場中停留的時間也更長，進而使污染物質的氧化分解可能性大大增強。所以，在一定程度上對水力停留時間進行提高，對處理效果更為有利，但是如果水力停留的時間過長，就會出現(xiàn)副反應加劇的現(xiàn)象，同時還會引起電流效率的降低，在一定程度上造成浪費，而且水力停留的時間如果超過了一小時，那么總氮的去除量就會逐漸趨于穩(wěn)定，所以水力停留時間定為30min 最為合適。

4 電化學脫氮技術方法試驗結果分析

通過催化- 電化學脫氮技術對污水處理廠尾水的處理試驗中的內容得知，在電流密度為32.67mA.cm-2、進水pH 值為6.25-7.02.水力停留時間為30min 時，對尾水中的總氮有較好的去除效果，總氨可以從26.40mg.L-1降至11.91mg.L-1，總氮可以從18.03mg.L-1降至4.90mg.L-1，去除率可以達到54.9%和72.80%。一定電流密度下總氮的降解過程符合二級反應。污水的酸堿度對反應器出水的pH 值影響較小，出水水質偏中性，因此無須調節(jié)反應器進水的pH 值。催化- 電化學脫氮技術對污水的脫氮首先表現(xiàn)出對氨氮的去除，是氨氮在反應器內固體催化顆粒填料的催化作用下首先轉化成氨氮，然后再進一步轉化成氮氣的過程。催化- 電化學脫氮技術可實現(xiàn)污水在低碳氮比條件下的高效脫氮。

5 結論

經(jīng)過本次試驗研究不難發(fā)現(xiàn)，電化學脫氮技術在城市污水處理中的運用效果比較突出，但是實現(xiàn)過程工藝要求比較復雜，需要針對實際城市污水特征設計針對性處理方案，這樣才能確保污水處理的有效性。相關行業(yè)工作人員應當對此形成全面認知，在實際開展城市污水處理工作的過程中，充分收集各項污水數(shù)據(jù)信息，然后合理設置各項電化學脫氮處理參數(shù)，以提高脫氮處理效率和處理質量，進而不斷促進污水處理企業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展。