电絮凝/电氧化法处理生活污水中污染物质的研究

【摘要】：污水中存在过量的磷酸盐与氨氮将会加剧水体富营养化,导致藻类无法遏制的增长。这一现象将对湖泊、河流、水库以及沿海地区产生影响,也是近几年造成严重的水污染问题原因之一。因此,去除磷酸盐与氨氮对于控制富营养化是十分必要的。本研究的目的是为了优化电絮凝方法以提高去除模拟污水中磷、氨氮以及化学需氧量的效率并将其应用于实际污水处理。本研究分两个阶段进行:第一阶段采用铁、铝电极进行电化学除磷。在这一阶段中考察了电极间距、初始p H值、初始浓度、电流密度、COD、氨氮和氯化钠添加量等因素的影响。在电极间距分别为1cm、2cm和5cm时,磷的去除率分别为92.2%、92.0%以及89.0%。对于p H值的研究结果发现,当p H等于3时磷的去除效果最好,但是为了避免过酸的环境,我们考虑适宜p H为5,且在此p H下除磷效率在55分钟时可达到89.2%。同时,较小的初始浓度下除磷效率随处理时间延长可提升至93.0%,并且当电流密度从8.68 m A/cm2升至13.88 m A/cm2时,除磷效率相应地从61.0%增加到89.2%。此外,实验结果发现氨氮和COD的增加会使除磷效率微增,从89.2%升至91.0%。铝电极对磷的去除在实验条件未优化之前为77.0%,而各项参数优化后的除磷结果显示:当反应时间为55min、电流为0.8A条件下,除磷效率在最佳的初始p H值、磷酸盐初始浓度以及COD浓度下分别达到93.0%、93.0%和90.3%。同时,我们发现铝电极在除磷过程中比铁电极效果更好。第二阶段进行了铜/锌合金、铜以及铁作为阴极时电化学去除氨氮的对比试验研究。我们研究了不同阴极材料、氯化钠添加量以及温度分别在20°C、30°C以及40°C时电化学系统对实际污水中氨氮的去除效果。结果发现:处理条件为铜/锌电极、电流密度18.32m A/cm2、极板间距1.1cm、温度40°C、氯化钠浓度0.5g/L、COD浓度185mg/L和处理时间30min时,氨氮去除效率最优(接近100%)。本研究成果可以为实际电化学除磷和氨氮工艺的优化提供理论基础和技术保障。 【关键词】：电絮凝 电化学氧化 生活污水 磷 氨氮
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• Chapter 1 Introduction12-66
• 1.1 Sources of phosphorus in wastewater17-21
• 1.1.1 Discharge due to household laundry detergents and its structure in municipal wastewater19-20
• 1.1.2 Discharge linked to human metabolism and its structure in municipal wastewater20
• 1.1.3 Discharge due to detergents household dishwashers and its structure in municipal wastewater20-21
• 1.2 Basic control of phosphorus21-22
• 1.3 Forms of phosphorus in wastewater22-25
• 1.3.1 Phosphorus compounds in aqueous solution23
• 1.3.2 Hydrolysis of phosphorus compound23-24
• 1.3.3 Hydrolysis of low- weight polyphosphates24-25
• 1.3.4 Hydrolysis of chain high – weight polyphosphate25
• 1.3.5 Hydrolysis of cyclic metaphosphate25
• 1.4 Sources of nitrogen from wastewater25-26
• 1.5 Forms of nitrogen26-27
• 1.6 Wastewater treatment technologies27-66
• 1.6.1 Physical and chemical phosphorus removal28
• 1.6.2 Phosphorus removal by chemical precipitation28-32
• 1.6.3 Biological phosphorus removal32-35
• 1.6.4 Influence of parameters of treatment management35-37
• 1.6.5 Interactions between biological mechanisms and physico-chemical37-40
• 1.6.6 Nitrogen treatment40-44
• 1.6.7 Electrocoagulation treatment44-62
• 1.6.8 Electro-oxidation62-63
• 1.6.9 Purpose and significance of this study63
• 1.6.10 Innovation63-64
• 1.6.11 Diagram of the contents of the study64-66
• Chapter 2 Optimization of phosphorous by electrocoagulation66-94
• 2.1 Introduction66-67
• 2.2 Materials and Methods67-79
• 2.2.1 Wastewater67-68
• 2.2.2 Apparatus68-72
• 2.2.3 Experiment methods72-74
• 2.2.4 Description of analytical tools and measurements74-79
• 2.3 Result and Discussion79-93
• 2.3.1 Phosphorus removal with iron electrode79-86
• 2.3.2 Phosphorus removal by electrochemical using aluminum plate86-91
• 2.3.3 Efficiency between Fe and Al electrode on phosphorus removal91-93
• 2.4 Conclusion93-94
• Chapter 3 Electro-oxidation removal of ammonium using Cu, Fe and Cu/Zn94-118
• 3.1 Introduction94-95
• 3.2 Materials and Methods95-102
• 3.2.1 Wastewater95
• 3.2.2 Apparatus95-98
• 3.2.3 Experiment methods98-99
• 3.2.4 Analysis99-102
• 3.3 Results and Discussion102-117
• 3.3.1 Performance removal of ammonium without NaCl102-105
• 3.3.2 Performance of ammonium removal with NaCl105-108
• 3.3.3 Effect of temperature108-114
• 3.3.4 Treatment of real wastewater under optimal conditions114-115
• 3.3.5 Comparison among the electrodes115-116
• 3.3.6 Degradation kinetic of NH4+-N116-117
• 3.4 Conclusion117-118
• Chapter 4 Real wastewater treatment by electrochemical Method118-124
• 4.1 Introduction118-119
• 4.2 Materials and Methods119-120
• 4.2.1 Wastewater119
• 4.2.2 Apparatus119-120
• 4.2.3 Experiment methods120
• 4.3 Results and Discussion120-123
• 4.3.1 Fe electrode120-121
• 4.3.2 Cu electrode121-123
• 4.4 Conclusion123-124
• Chapter 5 Conclusion and Recommendations124-127
• 5.1 Conclusion124-126
• 5.2 Recommendations126-127
• References127-143
• Published in International Scientific Journals indexed143

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