一种新型电化学法处理硝态氮废水的初步研究

通过对Pd-Me双金属催化还原NO 3--N和折点氯化法处理NH 4+-N的相关理论分析,提出了一种基于电化学法的新型NO 3--N废水处理工艺.即利用具有电子空轨的常见金属元素修饰Ti基获得催化阴极,在电场的作用下,将NO 3--N催化还原;通过调整催化元素的配比和电解条件,控制NO 3--N还原产物主要为NH 4+-N;利用阳极氧化Cl-生成高氧化性物质HOCl,将NH 4+-N氧化为无害产物N2-N.结果表明,金属元素Co和Cu修饰Ti基制得阴极可以有效地催化还原模拟废水中的NO 3--N;按前驱物溶液金属元素摩尔比1∶1制得Ti基Co-Cu复合涂层催化阴极,可以将NO 3--N高效催化还原为NH 4+-N;电解体系中引入Cl-后,通过阳极作用可将NO 3--N还原生产的NH 4+-N有效地氧化为N2-N.在100 mg/L NO 3--N模拟废水中添加1 000 mg/L Cl-,设置极板间距6 mm、电流400 mA,电解2.5 h后出水NO 3--N、NO 2--N、NH 4+-N和TN分别为2.9、0.5、1.7和6.0 mg/L.     

电解催化还原-氯氧化无害化去除水中硝酸盐氮

基于对Pd-Me双金属催化还原的机理分析,提出了以NH₄+-N为目标产物,Fe催化还原NO₃--N的理论设想. 结合折点氯化技术,以Ti/Fe为阴极,以Ti/Ir-Ru为阳极,以NaCl为支持电解质组建无隔膜电解体系,开展了水中NO₃--N去除的试验研究. 结果表明,利用电解催化还原-氯氧化法可将模拟水样中NO₃--N转化为N₂去除,其反应历程为阴极催化还原NO₃--N生成NH₄+-N,阳极电解氯氧化NH₄+-N生成N₂. 在ρ(Cl-)为500 mg/L,电流密度为12 mA/cm2,极板距离为9 mm,搅拌强度为450 r/min的试验条件下电解150 min,初始ρ(NO₃--N)为50 mg/L的模拟水样出水ρ(TN)和ρ(NO₃--N)可分别降至2.9和2.8 mg/L,去除率分别达到94.1%和94.3%,NH₄+-N和NO₂--N均未检出. 分析认为,阴极对NO₃--N的催化还原机理为:Fe化学吸附氮氧化合物离子中的O形成固定的N—O键,电解产生的活性还原物质攻击N—O形成N—H新键.      

电化学氧化法预处理超高盐榨菜腌制废水

鉴于超高盐榨菜腌制废水导电性良好,采用电化学氧化法进行预处理(阳极为Ti基RuO₂-TiO₂-IrO₂-SnO₂网状涂层形稳电极),考察初始pH、电流密度、电解时间和极板间距对COD_Cr和氨氮去除率的影响,并探讨该过程中有机物相对分子量的变化规律.结果表明,在电流密度156 mA/cm2、极板间距1.5 cm、初始pH 4.3~5.0、电解时间120 min时,COD_Cr和氨氮去除率较佳,分别为55.74%和99.77%.出水pH升至9.54,盐度由7.0%降至6.4%,大分子有机物转化为小分子有机物,对后续生物处理有利.      

掺硼金刚石电极处理榨菜废水试验研究

掺硼金刚石(BDD)电极在电化学氧化难生物降解性废水时具有电化学性能良好、处理效果好等特点,因而受到广泛关注.本试验采用BDD电极电化学氧化榨菜废水,并考察了稀释比、初始pH值、电流密度、极板间距等参数对COD、氨氮(NH3-N)去除率的影响.试验结果表明:在稀释比为1∶2、电流密度50 mA·cm-2、未调节pH值、极板间距为15 mm的最优工况下,COD、NH3-N去除率分别为96.9%、100%.COD去除率满足线性方程y=0.435t(R2=0.9899),NH3-N去除率满足多项式拟合方程y=0.53+0.936t+0.031t2-3.46×10-4t3(R2=0.9956).研究表明,BDD电极电化学氧化榨菜废水是一种有效的高级氧化工艺.     

电化学氧化预处理垃圾渗滤液的可行性研究

文章采用电化学氧化技术预处理渗滤液,在以钛涂钌铱为阳极、不锈钢为阴极,极板距离1.5cm,电流密度60mA/cm2,不外加电解质的情况下,电解120min,渗滤液的COD去除率达到48.6%,NH4+离子浓度去除率达53.6%,BOD5/COD比值由0.15提高到0.38,达到了较好的预处理效果。     

碳氮比对悬浮填料生物反应器氮去除效果的影响

文章研究了C/N对悬浮填料生物反应器脱氮效果的影响。出水中NH4+-N、NO2--N和NO3--N浓度以及pH值变化均受C/N的影响,实验得到的最佳C/N质量比为12∶1,TN去除率平均在85%。     

曝气人工湿地脱除低污染水中氮的影响因素

低污染水由于排放量大、来源范围广,成为地表水体中氮的重要贡献者.为探究人工湿地对低污染水脱氮时的影响因素,构建曝气人工湿地,分析其在不同运行工况下对低污染水中不同形态氮的去除效果.结果表明,低污染水中TN和N03--N去除率与水力停留时间(HRT)、碳氮比(C/N)和温度显著正相关(r＞0.65,P＜0.01),与溶解氧(DO)极显著负相关(r＜-0.85,P＜0.01);NH4+-N去除率与各因素之间相关性不显著(P＞0.05).曝气量和HRT的改变,可以调节湿地内DO环境,为湿地内营造交替好-缺氧环境,利于硝化与反硝化过程.在曝气量为0.2 L-min-1、HRT为1 d时,曝气人工湿地对低污染水中TN、NH4+-N和NO3--N去除率分别可达90.15％、98.25％和86.22％,实现了 TN、NH4+-N和NO3--N同步高效去除.C/N和温度是影响TN和NO3--N去除效果的重要因子.随C/N增加,TN和NO3--N去除率明显提升;在进水C/N为5时,TN和NO3--N去除率达到最高,分别为68.49％和50.48％,其中TN去除率较无碳源时提高了 37.43％.此外,温度从8～12℃升高至28～321℃时,曝气CW脱氮速率逐步增大.相较于低温(8～12℃),在高温(28～32℃)时CW对TN和N03--N去除率分别提高了 29.37％和50.24％;而NH4+-N去除率受C/N和温度影响不大.     

电化学氧化法处理垃圾浓缩液影响因素研究

垃圾渗滤液膜过滤浓缩液含盐量高,色度和有机污染物浓度高,处理难度大。采用批式试验,以Ti/RuO2-IrO2为阳极、不锈钢为阴极对垃圾渗滤液膜过滤浓缩液进行电化学氧化处理,研究电解时间、电流密度和极板间距对浓缩液色度、COD、氨氮去除率和电导率的影响。结果表明:电流密度为6 A/dm2,电解3 h时,色度去除率达94%,出水色度为15倍;电解5 h,氨氮去除率为99.67%,出水氨氮为1.4 mg/L;电解6 h,COD去除率为60.43%,出水COD浓度为1156 mg/L。以Ti/RuO2-IrO2为阳极电化学氧化技术对垃圾浓缩液色度和氨氮的去除效果较好,适宜的电流密度和极板间距分别为6 A/dm2和4 cm。     

去除地下水中硝酸盐的渗透性反应墙研究

通过土柱试验模拟地下水环境,研究以发酵树皮和沙子混合物为反应介质的渗透性反应墙(生物墙)对地下水中硝酸盐的去除情况,探讨其作用机制与影响因素,为硝酸盐污染地下水的修复提供经济有效的方法.结果表明,从模拟生物墙运行的第3 d起,墙内为强还原环境(Eh在-100 mV之下),有利于硝酸盐的还原降解.在15 d的运行时间内,模拟生物墙对水中硝态氮(NO3--N)的去除率为80%～90%左右(NO3--N由进水的20 mg·L-1可降至出水的1.6 mg·L-1);出水中亚硝态氮(NO2--N)的浓度较低,一直小于2.5 mg·L-1;出水中铵态氮(NH4+-N)的浓度在前2 d较低,从第3 d起升至12 mg·L-1.模拟生物墙对NO3--N的去除机制主要为吸附和微生物降解.提高模拟生物墙内水流速度后,NO3--N的去除率有所下降,出水中NH4+-N的浓度明显降低.在模拟生物墙下游串联一个模拟沸石墙,可去除水中98%的NH4+-N.     

典型滨海湿地干湿交替过程氮素动态的模拟研究

滨海湿地是海陆相互作用的交错过渡地带,具有敏感而复杂的环境过程与功能价值.以典型滨海湿地崇明东滩为原型,采集湿地沉积物及海水样品,通过土柱模拟方法,研究了半月潮(15 d左右为周期的"大潮")与日潮(一个太阴日内出现的涨潮和落潮)水分生态过程沉积物NO3--N、NO2--N、NH4+-N与溶解性有机氮(DON)含量以及硝酸还原酶(Nar),亚硝酸还原酶(Nir),羟胺还原酶(Hyr)活性等的变化,旨为揭示滨海湿地潮汐驱动下沉积物周期性干湿交替过程氮素动态变化规律及还原机制.半月潮过程中,沉积物变干期间(含水量从35%降至5%～7%),硝化作用占主导地位.随着干燥程度的加剧(含水量从5%～7%降至0%～3%),沉积物中数量可观的NO3--N和NO2--N转化为DON.然而,随着干湿交替频次的增加,NO3--N和NO2--N向DON的转化率显著降低.干燥沉积物淹水变湿后(含水量从0%～3%升至37%～45%),NO3--N、NO2--N、NH4+-N与DON含量平均增加1～3倍.淹水后Nar、Nir活性的迅速升高表明,NO3--N和NO2--N的还原明显改善.3个培养周期沉积物Nar与Nir活性、Hyr活性与NH4+-N含量之间呈现极显著的正相关性,NO3--N、NO2--N含量的减少与NH4+-N含量的增加也显著相关.结合湿地沉积物干湿交替过程"低氮高碳"特征,可以认为,氨化途径主导了半月潮过程NO3--N的还原.相比较而言,日潮过程中,NO3--N、NO2--N、NH4+-N以及DON的含量均较为稳定,分别为(3.0±0.3)、(1.2±0.1)、(133.3±4.3)和(41.1±10.6)mg·kg-1.因此,日潮过程对沉积物氮素动态变化的影响较小.     

常温下厌氧氨氧化生物膜反应器的启动研究

以广东省某垃圾填埋场SBR池活性污泥为接种污泥,以含氮模拟废水为对象,研究了常温条件下UASB-Anammox生物膜反应器的启动情况。结果表明,UASB生物膜反应器运行97d后,NH4+-N和NO2--N的去除效率均可达90%以上,NH4+-N去除量、NO2--N去除量和NO3--N生成量之比为1:1.44:0.26,pH值稳定在8.5左右,污泥由黄褐色转为红褐色,成功启动了厌氧氨氧化反应器。启动成功后,将反应器温度从24℃降至18℃,总氮的去除率依然可以保持90%以上,表明常温下启动运行的厌氧氨氧化生物膜反应器具有良好的温度适应性。     

原水水质对输水管道硝化作用形成的影响

采用配制水样模拟Ⅱ类、Ⅲ类和劣Ⅴ类地表水,利用管道模拟反应器研究不同原水水质条件下输水管道中硝化作用的形成及对输水水质的影响.结果表明:原水中氨氮(NH4+-N)及溶解氧(DO)含量对NH4+-N去除均有一定影响,DO充足时,去除率随原水中NH4+-N含量的增加而增加,DO浓度低时,DO成为影响NH4+-N去除的主要因素;原水NH4+-N含量对运行初期NO2--N积累有重要影响,NH4+-N含量越高,NO2--N积累量越大,随着生物膜的成熟,影响作用逐渐减弱;反应器中AOB数量主要受原水NH4+-N浓度的影响,随NH4+-N浓度升高而增加;NOB数量受NH4+-N和DO浓度的双重影响,DO含量低会抑制NOB活性,使NOB数量减少,导致NO2--N积累;输水管道中的硝化作用是水中及生物膜中硝化细菌共同作用的结果,但生物膜中硝化细菌存在水平高,其硝化作用占主导地位.     

生物膜反应器厌氧氨氧化脱氮效能研究

利用厌氧氨氧化生物膜反应器,分别研究提高基质浓度和缩短水力停留时间(HRT)对提高反应器总氮容积去除负荷的影响。实验之前总氮容积去除负荷达到2.11kgN(/m·3d),总氮去除率为87.9%。以提高基质浓度的方式经过50d的培养,总氮容积去除负荷稳定在4.0kgN(/m·3d),进水总氮浓度从300mg/L逐渐提高到700mg/L,NH4+-N、NO2--N出水浓度分别达到70mg/L和100mg/L;以缩短HRT的方式经过55d的培养,总氮容积去除负荷达到7.0kgN(/m·3d),HRT由3h缩短至0.67h,NH4+-N、NO2--N出水浓度分别达到40mg/L和60mg/L。实验结果表明随着进水基质浓度的增加水中游离氨和亚硝酸的浓度随之增加,从而抑制厌氧氨氧化菌活性,不利于反应器脱氮效能的提高。在相同总氮容积负荷下缩短HRT有利于厌氧氨氧化细菌的富集,但过短的HRT容易导致微生物流失。     

硝化细菌在氨氮深度处理中的应用研究

通过使用硝化细菌增养液挂膜，用生物接触氧化法对生活污水处理厂出水以及富营养化河水中的氨氮进行了处理。试验结果表明：在很短的水力停留时间条件下（１ｈ），污水厂出水经处理后ＮＨ３－Ｎ全部达标并小于８ｍｇ／Ｌ，其去除率达７０％；ＮＯ＾－２－Ｎ小于４ｍｇ／Ｌ。富营养化河水在ＨＲＴ为１．２ｈ时，出水ＮＨ３－Ｎ与ＮＯ＾－２均小于１ｍｇ／Ｌ。试验出水中的氮主要以ＮＯ＾－３－Ｎ的形式存在。     

多孔钛板负载Pd-Cu阴极电催化还原饮用水中硝酸盐的研究

研究了以多孔钛板负载钯-铜(4∶1)合金作为阴极,通过电催化还原脱除饮用水中硝酸盐氮的效果和主要影响因素.试验表明,电催化反硝化的主要产物为氮气,钯-铜合金的电催化活性可达到16.69 mg/(g·h)、选择性可达96.9%.在低硝酸盐氮浓度下,电催化反硝化反应符合表观一级反应动力学,高浓度时符合零级反应动力学.当槽压低于1.5V或电流强度小于5mA时,阴极几乎不会发生硝酸盐氮的还原反应;而当槽压大于4.2V时或电流强度大于30mA时,阴极生成氨氮的副反应显著增加.中性条件下电催化反硝化的活性和选择性都能达到较好的效果,酸性条件下反应活性增加但选择性降低.溶液中的传质对反硝化没有显著影响.溶液中存在的其它阴离子对反硝化不利,不同阴离子对反硝化反应的影响次序为ClO₄^-3^--.     

以稻秆为固体碳源处理分散养猪冲洗水的试验研究

针对分散养猪废水经厌氧和人工湿地处理后存在C/N低的问题,以廉价的稻秆作为固体碳源和生物膜载体,研究反应器启动阶段运行性能、水力负荷的影响以及污染物沿程去除特性.结果表明NO3--N主要在反应器上部稻秆填充层被去除,去除率超过95%,且无明显NO2--N积累,反硝化速率为0.052mg/(g·h).稻秆本身会浸出释放有机物和氮(主要为NH4+-N),导致运行前期出水COD和NH4+-N高于进水,但仍远低于《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)的排放限值,40d后COD逐步降至40mg/L左右.COD和NO3--N可在反应器下部的砖渣填充层被进一步去除.     

厌氧氨氧化反应器启动方法的研究

研究了以自养型反硝化生物膜启动厌氧氨氧化反应器的可行性.结果表明,采用先培养自养型反硝化生物膜,再启动厌氧氨氧化反应器的方法,可在110d内成功启动厌氧氨氧化反应器,反应器的容积总氮负荷为0.145kg/(m³d),NH₄⁺-N和NO₂^--N去除率分别为98.59%和99.08%.启动初期,厌氧氨氧化反应器的出水pH值低于进水pH值,随启动过程的推进,进出水pH值趋向一致.稳态运行时,反应器内呈碱性,NH₄⁺-N去除量、NO₂^--N去除量和NO₃^--N生成量的比值为1:1.01:0.19.启动过程中,NH₄⁺-N去除量与NO₂^--N去除量、NO₃^--N生成量之间的比值,以及反应器内pH值和污泥颜色的变化,可以指示厌氧氨氧化反应器的启动进程.     

生物砂滤池对有机物和氨氮的去除

当在常规工艺前加生物预处理并取消预加氯时,砂滤池就成为生物砂滤池。与普通砂滤池相比其对有机物、氨氮和浊度的去除率都有很大的提高。实验以珠江源水为水源研究了生物砂滤池对高锰酸盐指数、NH3-N、NO2--N和浊度的去除,在实验期间生物砂滤池出水高锰酸盐指数、NH3-N、浊度平均值分别为1.32mg/L、0.098mg/L、0.171NTU,其相对于沉淀池出水的高锰酸盐指数、NH3-N、浊度的平均去除率分别为18.52%、72.93%、64.45%,而砂滤池出水NO2--N几乎检测不出来。滤池进水与出水溶解氧的变化也证明了砂滤池中生物的存在,并且生长状况良好。