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南极星水处理网讯:［摘要］：设计并开发得到了连续型电物理氧化中试系统，用于工业含氨污水的连续处理。研究了电压密度、停留时间以及初始浊度含量、氯离子含量、电导率等对系统浊度清除效率的影响，并借助该系统对燃煤电站末端含氨污水进行了应用试验。试验结果表明，系统的浊度清除效率是由多诱因共同决定的，该系统才能高效、连续、稳定、低煤耗、绿色环保地处理电站的实际含氨污水，为更大规模的工业化应用提供了理论根据和实践经验。
［关键词］含氨污水；电物理氧化；连续型；燃煤电站
随着我国工业的持续发展，工业含氨污水对环境的恐吓日渐激化。燃煤电站因为炉窑给水加氨、脱硝喷氨等工艺，不可防止地会形成末端含氨污水。这种污水主要包括精处理再生污水、脱硫污水、氨区污水和尿素酯化工艺排污水，浊度质量含量远远超出国家废水综合排放标准（GB8978—1996）中规定的浊度污染物排放一级标准（15mg/L）。目前燃煤电站末端含氨污水通常采用药剂法处理，一般须要投加强量药剂，除了处理成本高，还容易形成二次污染，因而亟待一种红色环保的末端含氨污水处理新技巧。
电物理氧化法是一种环境友好的含氨污水处理技术，具有无二次污染、反应条件温和、易于与其他技术联用、处理成本低廉等优点，近些年来遭到了科研工作者们的广泛关注。目前电物理氧化法处理含氨污水的研究多利用槽式反应器，这些试验装置适宜分批次、小规模的污水处理试验，但不利于大规模工业化应用实践。本研究在电物理氧化反应器的基础上，设计并开发了一套新型中试规模的电物理氧化系统，才能连续处理大水量、高浊度含量的电站含氨污水。研究了连续处理模式下该系统对含氨污水的处理效率，以期才能找到高效、稳定、低成本、环境友好的燃煤电站末端含氨污水处理新工艺。
1试验部份
1.1试验用水
试验所用水样为模拟水样和实际水样2种。模拟水样由某燃煤电站精处理再生废气与硫酸钠、氯化铵等药品配制而成，实际水样取自某电站精处理再生污水和脱硝污水，主要水质见表1。
1.2试验装置
本连续型电物理氧化系统由电物理氧化反应器、预处理系统、酸洗系统组成，试验装置见图1。
由图1可知，待处理的污水首先在调节水箱使用药剂调节水质至试验要求，依次通过硫酸铵调节碱度含量、氯化钠调节氯离子含量和浊度率、氢氧化钠调节pH，投药后的试验用水在调节水箱内自循环并通过曝气使药剂混和均匀，经由预处理系统滤除粒径超过200μm的漂浮物后，再经由输送泵恒流送入电物理氧化反应器进行浊度的消除反应，反应器出水先于出水气柜临时存储，调节水质合格后外排。电物理氧化反应产物氧气和二氧化碳随出水一起步入出水气柜，再由出水气柜底部的风机排至大气中，避免了可燃易爆二氧化碳的聚集。
1.3仪器与剖析方式
电物理氧化反应器采用板式双极性电极，阳极为钛基及贵金属氧化物镀层DSA、阴极为大面积钴铬。整个电物理氧化反应器采用五级串联模式，共包含10块极板，极板总有效面积为243.2cm2，其首、末极板与直流电源正、负极相连。电物理氧化反应器有效体积为0.3m³，进水管线和出水口道预留采样口，以便捷采样剖析进出水水质。碱液浊度含量由果酸分光光度法测定，使用型紫外可见分光光度计（日本哈希）。pH由型pH计（日本WTW）测定，氯离子含量由型离子计（英国梅特勒）测定，浊度率由DDSJ-318型浊度率仪（北京雷磁）测定。
1.4试验方式
采用连续进出水的模式进行电物理氧化试验。按照试验需求分别控制进水水质、停留时长和反应器电压密度为恒定数值，在电物理氧化反应器进口或出口进行采样，测定水样中的浊度含量、氯离子含量、电导率等，依据测定结果剖析变量对电物理氧化过程的影响。
试验过程中一直控制反应器出口处温度大于40℃、反应器电压密度大于535mA/c㎡、废水逗留时间大于30min（要求进水流量小于0.6m3/h）。
2结果与讨论
2.1电压密度的影响
浊度的电物理氧化过程可分为直接电物理氧化和间接电物理氧化。直接电物理氧化过程是指浊度被吸附在阳极表面，通过与阳极之间发生直接电子传递而被氧化。间接电物理氧化是指浊度被阳极形成的强氧化物质如活性氯（Cl2、HClO、OCl-）、H2O2、O3、·OH等间接氧化。浊度的氧化产物主要为N2，再者还有少量NO3-和NO2-。
保持逗留时间恒定为15min（流量为1.2t/h），对模拟污水进行电物理氧化试验，采样并检测电物理氧化反应器进口和出口碱液的浊度含量，控制电压密度在0~535mA/cm³范围内，考察电压密度对浊度消除效率的影响，结果见图2。
由图2可知，电极间的电压密度极大地影响浊度的消除疗效，浊度消除疗效与电压密度呈近似线性的关系。电压密度越大，反应器进出口的浊度含量之差越大，即系统对浊度的消除疗效越好；电压密度越小，反应器浊度消除质量含量也越小，即系统对浊度的消除疗效越差。在最高电压密度为535mA/cm2条件下，单次最多才能使浊度质量含量升高256.7mg/L。
2.2逗留时间的影响
保持电压密度为535mA/cm³，通过调整反应器进水流量实现对反应逗留时间的控制，对模拟污水进行电物理氧化试验，分别检测电物理氧化反应器进口和出口碱液的浊度含量，考察逗留时间对浊度消除效率的影响，结果见图3。
由图3可知，相同电压密度、不同逗留时间条件下，系统对浊度的消除疗效随着逗留时间的降低近似线性减小。但在实际应用中，过长的逗留时间意味着过高的进水流速，在大规模污水处理中会影响整体处理效率。因而，应该在兼具浊度消除能力和整体处理效率的前提下，控制合适的逗留时间。
2.3初始浊度含量的影响
保持逗留时间为15min（流量为1.2t/h），控制不同的电压密度，对不同初始浊度质量含量（86、115、154、183mg/L）的模拟污水进行电物理氧化试验，检查剖析电物理氧化反应器出口碱液的浊度含量，考察初始浊度质量含量对浊度消除效率的影响，结果见图4。
由图4可知双氧水的密度测含量，在反应逗留时间和其他水质条件都一致的前提下，装置出口浊度质量含量随电压密度变化的各条曲线基本平行，说明初始浊度质量含量不会影响浊度的消除效率，电物理氧化清除浊度的反应为表观零级反应。
2.4氯离子质量含量和浊度率的影响
保持逗留时间为15min（流量为1.2t/h），调整电压密度对不同氯离子质量含量（1760、2780、7970mg/L）的模拟污水进行电物理氧化试验，分别检测电物理氧化反应器进口和出口碱液的浊度含量，考察氯离子质量含量对浊度消除效率的影响，结果见图5。
由图5可知，在电压密度、停留时间和其他水质相同的条件下，试验用水的氯离子含量越高，系统对浊度的消除疗效越好。该结果说明间接氧化在电物理氧化清除浊度的过程中起到了重要作用：大量的氯离子先在反应器阳极生成活性氯（Cl2、HOCl、ClO-等），之后再与碱度进一步反应，进而达到消除浊度的目的。并且在实际工业应用中，氯离子含量并非越高越合适，过低的氯离子一方面减小了底泥的负担，另一方面也使逸出步入空气的活性氯增多导致二次污染。
氯离子含量的降低还能否一定程度上减小碱液的导电性。进水浊度率会影响电物理氧化反应器的最大可调电压密度，影响实际应用中浊度消除的效率。因而，控制进水的浊度率在较高水平，对连续型电物理氧化系统处理电站含氨污水有较大的意义。
2.5初始pH的影响
保持逗留时间为15min（流量为1.2t/h），电压密度为250mA/cm2，对相同浊度质量含量（502mg/L）、不同pH的模拟污水进行连续电物理氧化处理，分别检测电物理氧化反应器进口和出口碱液的浊度含量，考察初始pH对浊度消除效率的影响，结果见表2。
由表2可知，在初始pH为4.9~9.0的范围内，初始pH对连续型电物理氧化系统的浊度消除影响不显著，表明该系统才能适应中性范围内不同初始pH含氨污水的处理。按照文献报导，过碱环境下碱液中的副反应增多，过酸环境下二氧化碳容易溢出，二者都不利于碱液中的浊度电物理氧化成二氧化碳，因而应该尽量保持待处理碱液初始pH在中性范围内。
2.6连续型电物理氧化系统处理电站实际含氨污水
在模拟废水电物理氧化试验所获得的优化工艺运行参数基础上，研究人员借助该系统连续处理了某电站含氨污水。
该电站的精处理再生污水具有浊度含量高、氯离子含量较低、电导率较低的特性（表1）。保持逗留时间为12min（流量为1.5t/h）、电流密度为210mA/cm2（最大可调电压密度），对精处理再生污水进行了连续电物理氧化试验。电物理氧化反应前后反应器出口碱液的浊度含量见图6。
由图6可知，电物理反应开始后，反应器出口碱液浊度质量含量迅速由137mg/L增长至51mg/L，并在以后25min内保持稳定。该结果说明，连续型电物理氧化系统才能处理某电站精处理再生污水，浊度消除疗效稳定。但该污水较低的浊度率（6801μS/cm）限制了电物理氧化反应器的最大可调电压密度（210mA/cm2），较低的氯离子质量含量（2150mg/L）也影响了系统的浊度消除效率。经处理后的污水总氮质量含量（51mg/L）一直超过了国家废水综合排放标准（GB8978—1996）中规定的一级排放标准（15mg/L）。
将该电站的精处理再生污水与脱硝污水以容积比3∶1产生的混和污水，除了急剧增强了进水碱液中的氯离子质量含量（5060mg/L）和浊度率（16430μS/cm）因而保证了浊度的消除效率，也将钙镁离子控制在较低质量含量（37mg/L），因而增加了结垢风险。保持逗留时间为12min（流量为1.5t/h）、电流密度为352.7mA/cm2（最大可调电压密度），对混和污水进行了连续电物理氧化反应试验，结果见图7。
由图7可知，电物理反应开始后反应器出口碱液浊度质量含量迅速由103.5mg/L增长至0.3mg/L。
并在以后保持稳定。该结果说明，连续型电物理氧化系统对某电站精处理再生污水-脱硝污水组成的混和污水有较好的处理疗效，单次流过电物理氧化反应器即才能完全消除其中溶化的浊度。据悉，混和污水中的COD（主要由脱硝污水引入）也由37mg/L增长至0，证明该电物理氧化系统的中级氧化过程对氨水中有机物也有一定的降解作用。
对本试验中所采用的连续型电物理氧化系统煤耗进行评估：每消除实际污水中1kg的浊度，系统平均能耗为62.2kW·h。其中电物理氧化反应器能耗为45.3kW·h，恒流输送泵能耗为16.9kW·h。以0.4元/（kW·h）的水价计算，该系统浊度的消除成本约为24.9元/kg。
该电站目前采用药剂法（折点氯化法）处理含氨污水，通过投加高含量的氢氟酸药剂（外购）将浊度氧化反应成为二氧化碳，其运行成本主要是二氯甲烷药剂费。每消除实际污水中1kg的浊度须要投加110kg6.4%的氢氟酸药剂（市场价钱约814元/t），共需药剂费89.5元。电物理氧化法与药剂法综合比较见表3。
由表3可知，综合比较连续型电物理氧化处理与药剂法处理含氨污水，电物理氧化法除了才能消除污水中的浊度能够同步消除COD双氧水的密度测含量，无二次污染，无显著安全风险，具有明显的综合优势。其实该电物理氧化系统前期设备投资较高，但其运行成本不到药剂法的1/3，整体经济性依然占优。
3推论
（1）本试验设计的连续型电物理氧化系统才能以连续进出水的方式处理燃煤电站的末端含氨污水，控制废气的浊度质量含量达到国家废水综合排放标准（GB8978—1996）中规定的一级排放标准（15mg/L）。
（2）在理论研究中，减小电压密度、延长逗留时间、增加氯离子含量有利于电物理氧化系统浊度消除效率的提高，初始浊度含量变化和pH在5~9范围内变化几乎不会影响浊度消除效率。
（3）在实际工业应用中，受限于反应器的最大安全电压和进水碱液的浊度率，电压密度不能无限减小；偏低的逗留时间不利于工业应用中含氨污水处理的整体效率；氯离子含量遭到实际工业污水水质的限制，如采用额外投药的形式提高污水氯离子含量将减小底泥负担。
（4）按照燃煤电站末端含氨污水不同的水质特征，将不同污水混和后经连续型电物理氧化系统处理，取得较好的处理疗效。保持逗留时间为12min（流量为1.5t/h）、电流密度为352.7mA/cm2，对于浊度质量含量为103.5mg/L的实际燃煤电站末端含氨污水，才能保证系统出水浊度质量含量大于1mg/L。该系统连续运行3个月来浊度消除疗效稳定，运行过程中无需额外投药且煤耗较低，是一种红色环保的含氨污水处理方式。该中试连续型试验系统和试验结果为更大规模的工业化应用提供了理论基础和实践经验。