羅頌

（哈爾濱市市政工程設(shè)計院有限公司，黑龍江 哈爾濱150000）

水是人們?nèi)粘Ｉ詈透黜椛鐣a(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(jìn)行凈化，但是因為不同情境下所產(chǎn)生的污水，物質(zhì)成分存在很大差別，所以其處理方法是否選取得當(dāng)，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(zhì)，電化學(xué)脫氮技術(shù)對于清除該類物質(zhì)具有十分顯著的效果。

1 目前我國城市污水處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前我國城市污水的處理仍然集中在有機(jī)物和氨氮物質(zhì)的去除，其中氮物質(zhì)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(zhì)量的重要指標(biāo)，如果排入外界環(huán)境的污水總氮量過高，就會導(dǎo)致附近的水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象，進(jìn)而造成嚴(yán)重的水污染，因此，如實現(xiàn)有效脫氮，是解決當(dāng)前城市污水問題的關(guān)鍵。原則上，生物脫氮處理的效果在各類脫氮技術(shù)中當(dāng)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(shù)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(shù)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(jìn)行了一系列的研究，探索了很多更為先進(jìn)的處理工藝，其中電化學(xué)氧化法因為諸多優(yōu)勢得以被廣泛推廣和應(yīng)用。比如電解時會形成陰陽電極和強(qiáng)氧化劑，促進(jìn)污水中的有機(jī)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(shù)還處于起步階段，所以相關(guān)的文獻(xiàn)研究報道比較少，為了更加全面深入地對該技術(shù)加以了解，本文通過真實的試驗對其進(jìn)行了研究，主要試驗內(nèi)容為一種新型電化學(xué)氧化方法，原理是通過耦合技術(shù)將常規(guī)的反應(yīng)電極板和極板之間的催化活性填料進(jìn)行融合，從而進(jìn)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(xué)技術(shù)，這種新型電化學(xué)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(zhì)能力，是一種切實有效的深度脫氮工藝，值得被廣泛推廣應(yīng)用。具體的試驗過程下文將進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2 電化學(xué)脫氮技術(shù)方法的具體應(yīng)用試驗

為了更加全面深入地了解電化學(xué)脫單技術(shù)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(jìn)行了探究。本次試驗主要以某市一符合國家污水處理標(biāo)準(zhǔn)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(xué)脫氮技術(shù)進(jìn)行了處理。實驗器材選擇了材質(zhì)為PE 材料，且具有較強(qiáng)的電催化和氧化能力的電極設(shè)備，電極電位設(shè)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(yīng)器的下端自動流入電極板，最后從電極板溢出。

電化學(xué)脫氮技術(shù)應(yīng)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(dǎo)致測試結(jié)果出現(xiàn)偏差?；诖?，本次試驗將進(jìn)水量控制在5-10m3.d-1，充分保證了進(jìn)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(jìn)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(jìn)水量的影響。一切準(zhǔn)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(diào)整輸出電壓保持在穩(wěn)定數(shù)值，安排專門的技術(shù)人員對通過水泵后的尾水流量進(jìn)行計算，并觀察電化學(xué)條件下催化反應(yīng)效果。最后通過反應(yīng)器讀取相關(guān)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(biāo)準(zhǔn)。

3 電化學(xué)脫氮技術(shù)方法試驗過程分析

根據(jù)本次電化學(xué)脫氮技術(shù)應(yīng)用試驗結(jié)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(guān)聯(lián)，尤其是陽極電流密度，對電化學(xué)反應(yīng)效果的影響十分突出。當(dāng)進(jìn)水污水流量為6m3.d-1、pH 值0、反應(yīng)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(yīng)該是催化劑填料在電化學(xué)反應(yīng)過程中，起到了良好的催化和氧化作用，有效促進(jìn)了污水電化學(xué)還原效果，使得氨氮物質(zhì)快速轉(zhuǎn)化為氮氣。

除了電流密度因素會對電化學(xué)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(xué)除氮效果的重要原因之一。在本次電化學(xué)除氮試驗過程中，分別采取了向城市污水中添加酸性物質(zhì)和堿性物質(zhì)的方法，對兩種情況下污水處理效果進(jìn)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(yīng)器運行電化學(xué)除氮裝置，結(jié)果表明，pH 值和尾水總氮含量有著規(guī)律性聯(lián)系，當(dāng)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(xué)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(yīng)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(jìn)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(diào)整進(jìn)水量，并根據(jù)實際的進(jìn)水量與反應(yīng)器的有效體積分別設(shè)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(jìn)行取樣分析，其結(jié)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(zhì)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(jìn)而使污染物質(zhì)的氧化分解可能性大大增強(qiáng)。所以，在一定程度上對水力停留時間進(jìn)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(yīng)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(xué)脫氮技術(shù)方法試驗結(jié)果分析

通過催化- 電化學(xué)脫氮技術(shù)對污水處理廠尾水的處理試驗中的內(nèi)容得知，在電流密度為32.67mA.cm-2、進(jìn)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(dá)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(yīng)。污水的酸堿度對反應(yīng)器出水的pH 值影響較小，出水水質(zhì)偏中性，因此無須調(diào)節(jié)反應(yīng)器進(jìn)水的pH 值。催化- 電化學(xué)脫氮技術(shù)對污水的脫氮首先表現(xiàn)出對氨氮的去除，是氨氮在反應(yīng)器內(nèi)固體催化顆粒填料的催化作用下首先轉(zhuǎn)化成氨氮，然后再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成氮氣的過程。催化- 電化學(xué)脫氮技術(shù)可實現(xiàn)污水在低碳氮比條件下的高效脫氮。

5 結(jié)論

經(jīng)過本次試驗研究不難發(fā)現(xiàn)，電化學(xué)脫氮技術(shù)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(fù)雜，需要針對實際城市污水特征設(shè)計針對性處理方案，這樣才能確保污水處理的有效性。相關(guān)行業(yè)工作人員應(yīng)當(dāng)對此形成全面認(rèn)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?dāng)?shù)據(jù)信息，然后合理設(shè)置各項電化學(xué)脫氮處理參數(shù)，以提高脫氮處理效率和處理質(zhì)量，進(jìn)而不斷促進(jìn)污水處理企業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展。