電化學法處理農村生活污水的性能研究畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計（論 文） </p><p>　　題目 電化學法處理農村生活污水的性能研究</p><p>　　姓 名 </p><p>　　系 （部） 環(huán)境工程與化學系 </p><p>　　專 業(yè) 環(huán)境工程 </p><p>　　電化學法

2、處理農村生活污水的性能研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　采用電化學法對模擬農村生活污水進行處理，以IrO2-Pt/Ti惰性電極為陽極，考察了電流密度、極板間距和氯離子濃度等因素對氨氮去除效果的影響，結果表明：在一定的范圍內，電流密度越大，氨氮去除率越高，電流密度過大則會造成能耗損失增加；極板間距適量減小，能夠提高氨氮去除率，極板間距

3、過大或者過小，都會降低氨氮的去除效果；氨氮去除率隨氯離子濃度的增加而增大。通過試驗確定的電化學法去除氨氮的最佳工況條件：電流密度為30mA/cm2，極板間距為2cm，氯離子質量濃度為200mg/L。在上述條件下，電解反應2h，氨氮的濃度從128mg/L降至6.02mg/L，去除率可達到95.3%，符合GB18918-2002“生活污水排放標準”中的一級B排放標準。表明采用電化學法對農村生活污水進行處理，可大大改善污水的性能，具有較大的應

4、用前景。</p><p>　　關鍵詞：電化學法，農村生活污水，影響因素，氨氮</p><p>　　Study on Treatment of Rural Sewage by Electrochemical Method</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　By using elect

5、rochemical method of simulated the rural sewage , as IrO2 - Pt/Ti inert electrode is for anode , investigating the current density, plate spacing, the chloride ion concentration influence factors on the ammonia nitrogen

6、removal effect.The results show that: in a certain range, the greater the current density, the higher the removal rate of ammonia nitrogen. However the excessive current density will cause the increase of energy loss; Pl

7、ate distance being appropriate reduced can imp</p><p>　　KEY WORDS: Electrochemical method，Rural sewage，influence factors，ammonia </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前

8、　言1</b></p><p><b>　　第1章 概述3</b></p><p>　　1.1 農村生活污水的特征3</p><p>　　1.1.1農村生活污水的定義3</p><p>　　1.1.2農村生活污水的特點3</p><p>　　1.1.3 農村生活污水的環(huán)境危害

9、3</p><p>　　1.1.4農村生活污水的處理方法及存在問題4</p><p>　　1.2 電化學法處理農村生活污水4</p><p>　　1.2.1電化學法去除生活污水中污染物的基本機理4</p><p>　　1.2.2 電化學法去除氨氮的原理4</p><p>　　1.2.3 電化學法較傳統(tǒng)方法的優(yōu)

10、勢5</p><p>　　第2章 實驗材料和方法7</p><p>　　2.1 實驗試劑7</p><p>　　2.1.1 試驗用水7</p><p>　　2.1.2 主要試劑及配制7</p><p>　　2.2 實驗裝置8</p><p>　　2.2.1 電解設備與裝置8<

11、/p><p>　　2.2.2 處理、檢測裝置10</p><p>　　2.3 NH3-N的檢測方法11</p><p>　　2.4 試驗步驟11</p><p>　　2.4.1 NH3-N標準曲線的繪制11</p><p>　　2.4.2 電流密度對NH3-N去除效果的研究12</p><p&

12、gt;　　2.4.3 極板間距對NH3-N去除效果的研究12</p><p>　　2.4.4 氯離子濃度對NH3-N去除效果的研究13</p><p>　　2.4.5 最佳工況的確定13</p><p>　　第3章 結果與討論14</p><p>　　3.1 電流密度對NH3-N去除率的影響14</p><p&g

13、t;　　3.2 極板間距對NH3-N去除率的影響15</p><p>　　3.3 氯離子濃度對NH3-N去除率的影響16</p><p>　　3.4 電化學法對農村生活污水的處理效果17</p><p><b>　　結　論19</b></p><p><b>　　謝 辭21</b><

14、;/p><p><b>　　參考文獻22</b></p><p><b>　　外文資料翻譯24</b></p><p><b>　　前　言</b></p><p>　　水環(huán)境污染問題日益突出，近年來引發(fā)的一系列問題嚴重影響居民的日常生活。長期以來，我國污水治理的重點[1]主要集

15、中在工業(yè)點源和城市生活污水污染方面，而廣大農村地區(qū)的水污染問題并未受到充分的重視。多年來農村生活污水接納了大量的污染物，自然凈化能力大幅度下降，水體富營養(yǎng)化程度和排放量都超過了以前，農村水環(huán)境急劇惡化。大量農村生活污水隨意排放，不但影響人居環(huán)境，造成部分農田土壤肥力減弱、糧食減產，并且污染地下水和地表水，對飲水安全構成威脅，從而影響農村居民的身體健康。因此，農村生活污水問題成為亟待解決的問題。</p><p>　

16、　農村生活污水中的污染物主要是COD、NH3-N、TP、大腸桿菌等，目前，國內外農村生活污水處理技術主要有：生活污水凈化沼氣處理技術、人工濕地處理系統(tǒng)、穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)、土地滲濾處理系統(tǒng)、生物濾池技術、生物膜法等，但這些工藝方法在技術和經濟上還存在不少問題，比如運行管理費用高、容易產生二次污染等。故筆者針對電化學技術具有的高靈活性、效率高、無污染或少污染、易于控制、經濟性強等特點，采用電化學法對農村生活污水進行處理。</p>

17、<p>　　電化學法是指利用電化學反應，去除污水中各種有害物質的處理方法。電解池是利用電能發(fā)生化學反應的裝置。在電解池中將電能轉變?yōu)榛瘜W能，其中在陰極-溶液的界面上，會發(fā)生某種粒子與電子結合的還原反應，而在陽極-溶液的界面上，會發(fā)生某種粒子失去電子的氧化反應，然后氧化反應中釋放的電子通過導線流回電源的正極。</p><p>　　電化學技術[2]被稱為“環(huán)境友好技術”，它使用電子這一無毒無害,價格低廉的

18、強氧化還原劑，能夠很方便地通過控制電極電勢，實現物質的氧化或還原。因此，應用電化學技術處理廢水中的污染物，可以間接對環(huán)境起保護作用，在國內外都受到了廣泛的重視[3-5]。</p><p>　　電化學處理廢水應用起始于20世紀40年代[1]，由于投資較大、電力缺乏、成本較高，因而發(fā)展緩慢。直到60年代初期，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電化學法才被真正用于廢水處理過程。近年來，由于電化學法在污水凈化、制革廢水、印染廢水、垃圾

19、滲濾液等領域的應用研究進展，電化學技術逐漸引起國內外工作者的廣泛關注。</p><p>　　王琴[6]等人總結電化學技術主要包括電化學氧化、電化學還原、電絮凝、內電解、電滲析。這些技術還存在一些共同的問題，比如電極電阻大、電流利用效率低、能耗損失大、穩(wěn)定性不高等。為解決這些問題，目前，國內外將焦點集中在了對陽極材料的選擇、電化學反應器、電化學復合技術、電化學反應條件等的研究上，可以說，電化學技術在處理生活污水和工

20、業(yè)廢水方面將會有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?lt;/p><p>　　節(jié)能環(huán)保是今后污水處理技術的大勢所在，此次研究以此為指導思想，研究電化學技術處理農村生活污水的最佳運行工況，即在何種情況下，能夠有效降低污染物的含量，使其達到排放標準，同時又能夠盡可能地減少電能消耗，達到保護環(huán)境的目的。根據實際實驗條件，本文采用電化學氧化法處理模擬農村生活污水，通過觀察電流密度、極板間距、氯離子濃度對水樣中氨氮的去除率的影響，繪出相應的函數圖

21、線，并結合實際找出電解的最佳運行工況。</p><p>　　由于實驗條件的限制，此次研究的影響因素僅限于考察電流密度、極板間距以及氯離子濃度對氨氮去除率的影響，還有很多因素例如陽極材料、電解時間、初始進水濃度等都會對實驗結果產生影響，所以本次研究得出的最佳工況只是一個階段性成果，還需要進一步拓寬研究范圍。但是，這次研究卻具有一定的現實意義。首先，它所闡述的電化學反應機理在現實廢水處理中是完全適用的；其次，它是對實

22、際操作中優(yōu)化條件的探索性研究，具有一定的指導意義；再次，此次論文的結論可以從相關文獻中得到印證，可依此判斷此類技術的實驗重現性和穩(wěn)定性；最后，在實驗的過程中，能夠進一步了解此類技術的優(yōu)缺點，從而為該技術的適用范圍以及與其他技術相結合使用的可能性，提供一個重要的現實依據。</p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p>　　1.1 農村生活污水的特征&

23、lt;/p><p>　　1.1.1農村生活污水的定義</p><p>　　農村污水是農村村莊和小鎮(zhèn)居民的生活污水與生產廢水的總稱,通常包括[7]:農村居民日常生活產生的廢水；中小學、當地政府機關、民俗旅游、旅店排放的污水；農民養(yǎng)殖的畜禽排泄物以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)排放的各種廢水等。</p><p>　　1.1.2農村生活污水的特點</p><p>　　農村

24、生活污水中主要是COD、NH3-N、TSS、TP、大腸桿菌等指標超過正常標準，不同地區(qū)差別較大，總體特點[8]如下：</p><p>　?。?）總量巨大且逐年增加。我國農村人口總數占總人口數的70.1%，由此可見農村生活污水的排放量之大。近年來，隨著農村人們生活水平的提高，比如洗衣機等各種家用電器的普及，農村生活污水的排放量將會進一步增多。</p><p>　　（2）水質、水量波動大。農村

25、生活污水的水質、水量與農村地區(qū)的經濟發(fā)展、地理環(huán)境、生活方式、生活習慣以及季節(jié)變化等多種因素有關。一般來說，不同時段水質差別大，水量變化幅度大。一日之中在上午、中午、下午都有一個高峰時段[9]，夜間一般不外排廢水。</p><p>　?。?）面廣且分散。因為農村地域廣并且一般沒有固定的污水排放口，所以生活污水排放較分散，收集難度較大，生活污水處理效率不高。</p><p>　　1.1.3

26、農村生活污水的環(huán)境危害</p><p>　　多年來農村生活污水接納了大量的污染物，自然凈化能力大幅度下降，其中COD、NH3-N、TP等指標都大大超過了國家規(guī)定的污水排放標準，尤其是氮磷含量超標引起水體富營養(yǎng)化程度加劇，農村水環(huán)境急劇惡化。大量農村生活污水隨意排放，不但造成部分農田土壤肥力減弱、糧食減產，影響居民生活，并且污染地下水和地表水，對飲水安全構成威脅，從而影響農村居民的身體健康。</p>

27、<p>　　1.1.4農村生活污水的處理方法及存在問題</p><p>　　國內外農村生活污水處理技術主要有：生活污水凈化沼氣處理技術、人工濕地處理系統(tǒng)、穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)、土地滲濾處理系統(tǒng)、生物濾池技術、生物膜法等，但這些工藝方法在技術和經濟上還存在不少問題，有運行管理費用高、二次污染等。就應用較廣泛的生物膜法來說，處理負荷高，有較好的處理效果；但是其投資和運行費用都較高，且其中氮磷等指標要達到國家規(guī)定的

28、污水排放標準還有一定的困難。</p><p>　　1.2 電化學法處理農村生活污水 </p><p>　　1.2.1電化學法去除生活污水中污染物的基本機理</p><p>　　電化學處理是以適當的材料作電極，經直流電場作用，將電能轉變成化學能的過程。當廢水流經電化學處理槽時，在陽極和陰極表面分別發(fā)生電化學氧化反應和還原反應，依靠這些反應去除污水中的污染物。</

29、p><p>　　劉永峰[10]提出廢水的電化學處理基本包括四個過程：電極表面電化學處理過程，電凝聚處理過程、電解浮選過程、電解氧化還原過程。結合本次研究內容，著重討論本次研究中所涉及到的電化學氧化處理法的原理。</p><p>　　1.2.2 電化學法去除氨氮的原理</p><p>　　Rajkumar D等[11]提出電化學法降解污染物的過程，可以分為直接氧化和間接氧

30、化過程。在直接氧化過程中，污染物首先被吸附到陽極表面，再通過電子傳遞反應形成羥基自由基（·OH），污染物的分子結構被強氧化性自由基破壞，分解為二氧化碳。在間接氧化過程中，電化學產生強氧化劑如次氯酸/氯氣、臭氧、H2O2等，污染物在溶液中與電化學生成的氧化劑發(fā)生氧化作用得以去除。</p><p>　　電化學法去除氨氮的機理[12]，在直接氧化過程中，氨在陽極會失去三個電子從而被氧化成氨氣和水；在間接氧化過

31、程中，氯離子首先在陽極被氧化成游離氯，然后溶解在水溶液中形成“活性氯”，作為強氧化劑與氨氮反應，去除氨氮。有關反應式如下：</p><p>　　2NH3 + 6?OH → N2 + 6H2O (1-1)</p><p>　　2Cl-→Cl2+2e- (1-2)&l

32、t;/p><p>　　Cl2+H2O→HOCl+H++Cl- (1-3)</p><p>　　2HClO + 2NH3+ → N2 + 2Cl- + 4H+ + 3H2O (1-4)</p><p>　　Chen[13]等人研究了氯離子濃度、電流密度、初時溶液pH等條件對Ru

33、O2-IrO2-TiO2/Ti電極電解氧化去除污水中氨氮的影響，結果表明，氨氮的去除主要以間接氧化反應為主，直接氧化作用去除效率很低。袁芳等[14]也提出氨氮的直接氧化效果不明顯，主要依靠間接氧化去除。由此可見，在電化學法處理農村生活污水時，間接氧化是去除氨氮的主要工作原理。</p><p>　　1.2.3 電化學法較傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢</p><p>　　傳統(tǒng)處理農村生活污水的方法普遍存在著

34、因負荷過高而引起的工藝流程長，能耗大，出水不達標等問題，較傳統(tǒng)處理方法，電化學法具有其無法比擬的特點[2]：</p><p>　　1)電子轉移只發(fā)生在電極及廢水組份間，不需添加額外的氧化還原劑，從而避免了由于添加其它藥劑而引起的二次污染的問題；</p><p>　　2)通過改變外加電流、電壓，能夠隨時調節(jié)反應條件，可控性比較好；</p><p>　　3)電解產生的自

35、由基可以無選擇地直接與廢水中的有機污染物反應，可將其降解為簡單有機物、二氧化碳和水，沒有或很少產生二次污染；</p><p>　　4)反應條件溫和，電化學過程通常在常溫常壓下就能夠發(fā)生；</p><p>　　5)反應器設備及其操作過程一般比較簡單，如果設計合理，所需費用不高；</p><p>　　6)如果排污規(guī)模比較小，能夠實現就地處理；</p>&l

36、t;p>　　7)當廢水中含有金屬離子時，陰、陽極會同時起作用(陰極可還原金屬離子，陽極氧化有機物)，能夠盡可能提高處理效率，并且回收再利用有價值的化學品或金屬；</p><p>　　8)不僅可以作為單獨處理工藝，而且可以與其他處理方法相結合，例如作為前處理，能夠提高廢水的可生物降解性；</p><p>　　9)兼具氣浮、絮凝、消毒等作用；</p><p>　　

37、10)作為一種清潔工藝，其設備占地面積小，特別適合于人口較多的城市污水的處理。</p><p>　　因此，電化學水處理技術被稱為“環(huán)境友好”技術，在綠色工藝方面潛力較大，有望得到廣泛應用。</p><p>　　第2章 實驗材料和方法</p><p>　　采用電化學法處理農村生活污水，本次實驗主要研究電化學法對污水中氨氮去除效果的影響。分別考察不同電流密度、極板間距、

38、氯離子濃度條件下，對氨氮去除率的影響。實驗所用材料和方法均符合標準分析方法的規(guī)定。</p><p><b>　　2.1 實驗試劑</b></p><p>　　2.1.1 試驗用水</p><p>　　此次實驗是用電化學法處理模擬農村生活污水，所謂模擬生活污水，就是在配置的水樣中加入各種有機物和無機物，使其和真實污水中污染物種類及濃度范圍基本一致

39、，如有機物、氨氮、磷酸鹽等。綜合考慮實驗條件等問題，此次試驗主要考察電化學法對農村生活污水中氨氮的去除效果。本次實驗的水樣采用現場配制的水樣，其成分及含量如下表所示：</p><p>　　表2-1 試驗水樣的配置</p><p>　　將表2-1中的藥品用蒸餾水配成1 L溶液，現配現用。每次實驗時都要重新測定水樣中氨氮的含量，并記錄數據。</p><p>　　2.1.

40、2 主要試劑及配制</p><p>　　實驗試劑[15]主要包括：蒸餾水、銨標準貯備液（1.00mg/L）、銨標準使用液（0.010 mg/L）、酒石酸鉀鈉溶液、納氏試劑。</p><p>　　1）銨標準貯備液：稱取3.819g經100ºC干燥過的優(yōu)級純氯化銨（NH4Cl）溶于水中，移入1000mL容量瓶中，加水稀釋至標線。此溶液中每毫升含1.00mg氨氮。</p>

41、<p>　　2）銨標準使用液：移取5.00mL銨標準貯備液置于500mL容量瓶中，稀釋至標線。此溶液中每毫升含0.010mg氨氮。</p><p>　　3）酒石酸鉀鈉溶液：稱取50g酒石酸鉀（KNaC4H4O6·4H2O）溶于100mL水中，加熱去除氨，放冷，定容至100mL。</p><p>　　4）納氏試劑：①稱取16g氫氧化鈉溶于50mL水中，充分冷卻至室溫。

42、②另取7g碘化鉀和10g碘化汞（HgI2）溶于水中，然后，將此溶液在攪拌下慢慢注入氫氧化鈉溶液中，用水稀釋至100mL，密塞保存于聚乙烯瓶中。</p><p><b>　　2.2 實驗裝置</b></p><p>　　2.2.1 電解設備與裝置</p><p>　　電解裝置包括直流電源、電解槽、極板。此次試驗所用的直流電源是深圳安泰信公司生產的

43、TPR6010S單路恒壓恒流直流穩(wěn)壓電源，如下圖所示： </p><p>　　圖2-1 TPR6010S單路恒壓恒流直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　該裝置的電流為0～10A，電壓為0～60V可以連續(xù)調節(jié)，最小變化單位為0.01 A。實驗中通過預先的限流調節(jié)，使電解過程中電流保持恒定，從而實現單因素對象的研究和分析。</p><p>　　電解槽是用有機玻璃制成的方形

44、器皿，內置極板插槽，由于其透明，可以從外界清楚地觀察到內部的反應情況和有關實驗現象。</p><p>　　陽極極板是IrO2-Pt/Ti惰性電極，陰極極板采用銅極板。電解槽與極板的實景圖片如下所示:</p><p>　　圖2-2 電解槽與極板實物圖</p><p>　　陽極板的三種金屬都是極不活潑的惰性金屬，IrO2鍍在外層，稱為電極的活性物質[16]，它的作用類似

45、于催化劑，電極通電時，它能夠與水分子發(fā)生作用生成氧化性自由基，氧化性自由基再與污染物反應，釋放出IrO2，進入下一次反應。Pt/Ti金屬起傳遞電子的作用，其最大的特性是內部原子可以與電子緊密結合，在外界強制電流作用下不容易失去電子，釋放出金屬離子，因此實驗中不會發(fā)生類似于可溶性電極所產生的電絮凝作用，水體在電解過程中會相對比較清澈，而且在測定過程中也較少會出現有色和還原性離子對氨氮的測定結果產生干擾的現象；陰極采用銅電極，由于銅具有電阻

46、小，導電性良好等特性，所以在同等條件下消耗的電能少，同時，銅極板具有較強的耐酸、堿腐蝕性，以此為電極，可以減少電極材料的耗損。</p><p>　　2.2.2 處理、檢測裝置</p><p>　　處理、檢測裝置主要有電子天平、分光光度計。簡單介紹它們在實驗中的用途。</p><p>　　752N紫外可見分光光度計：通過測定吸光度進而計算水樣中的氨氮含量。</p

47、><p>　　AR2140電子天平：在配制水樣和試劑時，準確稱量各藥品的質量。</p><p>　　整個電解裝置的工作示意圖如下所示，依此連接實驗裝置。</p><p>　　圖2-3 電化學試驗裝置示意圖</p><p>　　2.3 NH3-N的檢測方法</p><p>　　污染物指標參數測定方法采用國家環(huán)?？偩滞扑]的標準

48、方法[15]測定。氨氮的檢測方法采用納氏試劑分光光度法。</p><p>　　第一步：繪制標準曲線，分別取0、1、3、5、7、10mL銨標準使用液于50mL比色管中，用水稀釋至標線，分別先后加入1.00mL酒石酸鉀鈉和1.5mL納氏試劑，混勻后靜置10 min。以蒸餾水為參比，在波長420 nm處測定其吸光度。以氨氮質量為橫坐標，校正吸光度為縱坐標，描點繪線即為標準曲線。</p><p>

49、　　第二步：測定原水樣和電解液的氨氮含量，每次取1.00mL水樣于50mL比色管中，稀釋至50mL，以后步驟同標準曲線的繪制。</p><p><b>　　2.4 試驗步驟</b></p><p>　　2.4.1 NH3-N標準曲線的繪制</p><p>　　NH3-N標準曲線涉及到NH3-N的最終檢測結果，在技術上需要達到一定的要求。根據國家

50、環(huán)?？偩滞扑]的標準方法，進行實驗，實驗記錄的數據如下表：</p><p>　　表2-2 NH3-N吸光度測定</p><p>　　根據實驗記錄的數據，繪制出此次實驗的NH3-N標準曲線，結果如下圖所示：</p><p>　　圖2-4 NH3-N標準曲線</p><p>　　從圖2-4中可以得知，測量值與擬合直線的方差為0.9991，滿足后續(xù)實

51、驗數據處理對精確度的要求。</p><p>　　2.4.2 電流密度對NH3-N去除效果的研究</p><p>　　將約300mL水樣倒入電解槽中，確定極板間距為3 cm，連接好工作電路，測量極板寬度b(cm)，淹沒水深h(cm)，計算極板有效電解面積S(cm2)，確定電流密度i(mA/cm2)，則工作電流I（A）為：</p><p>　　I=S×i

52、15;10-3=b×h×i×10-3</p><p>　　確定電流密度分別為5、10、20、25、30 mA/cm2，在每個電流密度下，每隔20分鐘取一個氨氮水樣1.00mL，電解總時間為120 min。按照上述NH3-N的檢測方法測定NH3-N的質量。在同一坐標軸內，以電解時間為橫坐標，氨氮去除率為縱坐標，繪制曲線。</p><p>　　2.4.3 極板間距

53、對NH3-N去除效果的研究</p><p>　　由第一步試驗確定最佳電流密度，在此條件下研究極板間距分別為1cm、2cm、3 cm時氨氮的去除率，其取樣和測定方法同電流密度的研究情況。在同一坐標軸內，以電解時間為橫坐標，氨氮去除率為縱坐標，繪制曲線。</p><p>　　2.4.4 氯離子濃度對NH3-N去除效果的研究</p><p>　　由前兩步試驗確定最佳電流密

54、度和最佳極板間距，在此條件下研究氯離子濃度分別為150mg/L、180mg/L、200mg/L時氨氮的去除率，其取樣和測定方法同電流密度的研究情況。在同一坐標軸內，以電解時間為橫坐標，氨氮去除率為縱坐標，繪制曲線。</p><p>　　2.4.5 最佳工況的確定</p><p>　　最佳工況的確定必須具備三個基本條件：第一，氨氮的去除率比較高；第二，氨氮的最終排放量符合國家規(guī)定的污水排放標

55、準；第三，電能消耗較少。根據2.4.2、2.4.3和2.4.4的研究結果，并結合能耗等方面的因素，得到最佳工況。</p><p><b>　　第3章 結果與討論</b></p><p>　　3.1 電流密度對NH3-N去除率的影響</p><p>　　選取極板間距為3 cm，氯離子濃度為150 mg/L，采用IrO2- Pt / Ti電極為陽極

56、，氨氮初始濃度約100 mg/L，改變電流密度，分別電解2 h，對不同時間氨氮的濃度進行測定，記錄數據，對數據進行處理，繪出NH3-N去除率曲線如下圖所示：</p><p>　　圖3-1 電流密度對NH3-N去除率的影響</p><p>　　圖3-1顯示了不同電流密度下，氨氮去除率的情況。從圖中可以得知，隨著電流密度的增大,NH3-N的去除率也隨之增大。原因是當電流密度增大時，電極電勢增高

57、，電極間產生的具有強氧化性的物質也增多，相應的電化學氧化能力增強，氨氮去除率增大，文獻報道[17-19]印證了上述事實。另外從圖中還可看出：前40 min，5 mA/cm2、10 mA/cm2、20mA/cm2和25mA/cm2電流密度下氨氮的去除率增長緩慢差別不大，之后差別明顯；而在30mA/cm2電流密度下氨氮的去除效果一直較其它電流密度好?？赡苁且驗殡娏髅芏刃?，剛開始一段時間內電解生成的Cl2的量較少，廢水中的有效余氯不多，間接氧

58、化作用不強；隨著時間的延長，廢水中有效余氯增多，電流密度越大，有效余氯的濃度也越大，間接氧化作用就越強，氨氮的去除效果也開始有了明顯的區(qū)別。在30mA/cm2下，電解120min后，NH3-N的去除率達到87%，最終電解水樣中NH3-N的剩余量也滿足國家規(guī)定的污水排放標準。</p><p>　　但是隨著電流密度增大到一定程度，電流利用效率降低，在同等條件下，能耗相應的增加[20]。所以，綜合氨氮去除率、最終氨氮排

59、放量以及電能消耗等方面因素，此次實驗選擇的最佳電流密度為30 mA/cm2。</p><p>　　3.2 極板間距對NH3-N去除率的影響</p><p>　　選擇電流密度為30 mA/cm2，氯離子濃度為150 mg/L，采用IrO2– Pt / Ti電極為陽極，氨氮初始濃度約100 mg/L，改變極板間距，分別電解2 h，對不同時間氨氮的濃度進行測定，記錄數據，對實驗數據進行處理，繪出

60、NH3-N去除率曲線如下圖所示：</p><p>　　圖3-2 極板間距對NH3-N去除率的影響</p><p>　　圖3-2顯示了氨氮去除率與極板間距的關系。從圖中可以得知，極板間距從1 cm變化到3 cm時，120 min內 NH3-N的去除率先增大后略有減小，極板間距為2 cm時去除率達到最大，效果最好。原因是極板間距適量減小, 就會縮短對流、擴散傳質的距離，強化了傳質效果；同時極板

61、間電阻減小，電流效率增加，反應速率增大，因此在相同時間內NH3-N的去除率相應增加。但是，極板間距過小則會使陽極表面發(fā)生鈍化，影響電極反應速度，能耗增大。</p><p>　　從整個時間段來看，極板間距的變化對氨氮的去除效果影響不大。電解120min后，在極板間距為1cm、2cm和3cm時，NH3-N的最終去除率分別為84.6%、90.6%和86.7%，差別不大，且最終NH3-N的含量均滿足國家規(guī)定的污水排放標準

62、。</p><p>　　極板間距過小會使副反應加劇，水溫激增，電流增大導致能耗增加。而極板間距過大,裝置電流效率降低，使得去除率減小。另外，電極間距過大會導致電阻增大, 槽電壓增加，從而導致能耗增加。文獻報道[21-22]印證了上述事實。</p><p>　　所以綜合氨氮去除率、最終氨氮排放量以及電能消耗等方面因素，此次實驗選擇的最佳極板間距為2 cm。</p><p&

63、gt;　　3.3 氯離子濃度對NH3-N去除率的影響</p><p>　　選擇電流密度為30mA/cm2，極板間距為2cm，采用IrO2–Pt/Ti電極為陽極，氨氮初始濃度約100 mg/L，改變氯離子濃度，分別電解2h，對不同時間氨氮的濃度進行測定，記錄數據，對實驗數據進行處理，繪出NH3-N去除率曲線如下圖所示：</p><p>　　圖3-3 氯離子濃度對NH3-N去除率的影響<

64、/p><p>　　圖3-3顯示了不同氯離子濃度下，氨氮去除率的情況。從圖中可以得知，氯離子濃度對氨氮的去除率影響較大。在一定氯離子濃度存在條件下，隨著電解時間的延長，氨氮的去除率不斷增大；隨著氯離子濃度的不斷增加，氨氮的去除率也逐漸增大。在氯離子濃度為200mg/L時,電解120min后，氨氮的去除率已經達到了95%，電解剩余的氨氮的最終含量也達到了國家規(guī)定的污水排放標準。如果再進一步增大氯離子濃度，則Cl-在陽極被

65、氧化后產生的產物，可能不能完全被利用，而產生其他副反應，NH3-N的去除率反而不會提高，相關文獻印[18,19,21]證了上述事實。</p><p>　　所以綜合氨氮去除率、最終氨氮排放量以及電能消耗等方面因素，此次實驗選擇的最佳氯離子濃度為200mg/L。</p><p>　　3.4 電化學法對農村生活污水的處理效果</p><p>　　在電流密度為30mA/cm

66、2,極板間距為2cm,氯離子濃度為200mg/L，陽極為IrO2–Pt/Ti惰性電極的條件下，對農村生活污水進行處理研究，結果如下：</p><p>　　圖3-4 電化學法對農村生活污水的處理效果</p><p>　　圖3-4顯示了最佳工況條件下NH3-N去除率的情況。從圖中可以看出，NH3-N的去除率隨電解時間的延長逐漸增大，前80min內，NH3-N的去除率增長較快，120min后去除

67、率為95.3%，出水NH3-N含量為6.02mg/L低于GB18918-2002“生活污水放標準”中一級B標準的上限值8 mg/L。</p><p><b>　　結　論</b></p><p>　　通過IrO2- Pt / Ti惰性電極對農村生活污水進行電化學氧化的試驗研究，可以得出以下結論：</p><p>　?。?）電流密度對氨氮的去除起主

68、要作用。在一定的范圍內，電流密度越大，氨氮的去除率越高。但是，隨著電流密度的增大，極板電壓也增大，會導致能耗增加。綜合氨氮去除效率和能耗等方面因素，在實際操作中選擇最佳的電流密度。此次試驗的最佳電流密度為30 mA/cm2。</p><p>　　（2）在一定的條件下，極板間距對氨氮去除率的影響沒有電流密度明顯。一般規(guī)律是：隨著極板間距的增大，氨氮的去除率先增大后減小。極板間距過大或過小，都不利于氨氮的去除，還會增

69、加電能損耗。因此，在實際操作中要綜合考慮各方面因素確定一個最佳極板間距。此次試驗的最佳極板間距是2cm。</p><p>　?。?）在一定的范圍內，加入一定量的氯離子有利于氨氮的去除。隨著氯離子濃度的增大，氨氮的去除率也增大。但氯離子濃度過大，電解產生的Cl2的量會增加，會對環(huán)境以及人體造成危害。所以，綜合考慮各方面因素，在實際操作中選擇最佳的氯離子濃度。此次試驗的最佳氯離子濃度為200mg/L。</p&g

70、t;<p>　?。?）試驗確定的電化學法處理農村生活污水的優(yōu)化條件：電流密度為30mA/cm2，極板間距2cm,氯離子濃度為200mg/L，陽極為IrO2-Pt/Ti電極。處理后的氨氮指標達到了國家規(guī)定的生活污水一級B排放標準。</p><p>　　本課題針對氨氮去除效果的研究，結果較為理想，但依然存在不少的問題：首先，此次研究只考慮了去除率、最終排放量和能耗方面，在實際生產中要綜合考慮各方面因素如

71、場地面積、污水量大小、資金投入等；其次，實驗研究采用的是IrO2-Pt-Ti惰性電極，所用電極比較昂貴，若應用到實際污水處理中會增加運行成本；最后，電化學法本身還存在一些問題尚未解決，電化學水處理技術要得到廣泛應用，仍需進一步實驗研究。</p><p>　　實際上，農村生活污水中的污染物指標除了NH3-N外，還有COD、BOD、TP等，在后續(xù)的研究中，可以以此為研究對象，進一步考察電化學法對農村生活污水的處理效果

72、。另外，影響電化學法對農村生活污水中污染物的因素除了本課題研究的幾點之外，還有陽極材料、電解時間、初始進水濃度等也有較大的影響，在今后可做進一步研究，逐步完善最佳工況條件。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　畢業(yè)論文結束了，在這里，首先衷心地感謝**老師對我的悉心指導和耐心幫助。正是在他們淵博的專業(yè)知識、嚴謹的科研作風的帶動下，我才能夠

73、順利地完成這次畢業(yè)論文的任務。在論文階段，從選題到后來實驗以及最后的論文撰寫，**老師耐心幫助我，時刻關心我畢業(yè)論文工作的進展，指正我的錯誤，并幫助我解決研究中遇到的許多問題，使我能夠順利的完成論文工作。</p><p>　　通過這次的畢業(yè)論文，四年學到的大部分知識得到了充分的應用，同時也學到了很多知識。在論文的寫作過程中，通過查閱資料和搜集相關的文獻，培養(yǎng)了自學能力和動手能力。還從老師身上看到了科研的嚴謹性和實