电去离子电催化一体技术去除地下水硝酸盐的研究

发布时间：2019-01-12 16:39

【摘要】：由于水资源的不合理的开发利用,我国地下水体已遭受到严重地污染,致使人们的生产生活面临巨大风险,研究发现硝酸盐污染已成为地下水体三大污染物之首。我国北方地区硝酸盐污染较南方地区严重。其中水体中的氮素污染主要由人类生产活动引起的。地下水流动缓慢,一旦受到污染,很难在短时期内恢复到最初状态。本课题将电去离子与电催化还原技术整合为思路,分别进行D407与717阴离子交换树脂的实验优选,阴阳离子交换树脂体积配比的实验;电去离子电流效率的正交优化,电去离子反应器节能降耗的装置改装;电催化还原去除硝酸盐“脱硝产氮”的最佳控制参数的单因素与正交联合优化,Pd/Sn改性ACF电极电催化还原硝酸盐的机理研究。最终原创性地将电去离子反应器与电催化反应器有机整合,在各自优化条件下运行,验证电去离子电催化一体反应器分离、还原硝酸盐的处理效果。经过静态吸附实验与动态吸附实验发现717树脂的饱和吸附量(40.82mg·g-1)略微大于D407树脂的吸附量(39.21 mg·g-1),但D407树脂的NO3-的吸附性效果明显优于717树脂,在300 mg·L-1NO3--N溶液中,D407的最小平衡吸附量为13.28 mg·g-1,717最大平衡吸附量只有12.75 mg·g-1。D407的Langmiur吸附常数K值大于717。并且D407在外源干扰Cl-、SO42-离子存在条件下,吸附效果更优于717树脂。动态试验中D407的穿透点为72m L·m L-1,717树脂的穿透点为54m L·m L-1,由此最终确定D407NO3-的吸附效果明显优于717树脂;按体积比D407∶D001=5∶3时,经混合树脂的溶液出水p H接近中性。经过正交实验优化以及反应器的简化改进实验,最终确定电去离子反应器电流效率最优参数为:进水流量20 ml·min-1、电压35V、进水浓度70 mg·L-1、极水浓度50mg·L-1。在此条件下运行电流效率超过70%、NO3-去除率超过98%、出水NO3--N浓度低于2mg·L-1。并且改装后较改装前电压降低了10V,达到节能降耗的目的。在单因素实验与正交试验联合试验最终确定电流0.68A、溶液初始p H=6.4、硝酸盐初始浓度250mg·L-1。电催化还原NO3--N去除量超过50mg,N2-N选择率达到了62%,催化剂催化活性为20 mg·(g·h)-1,但电流效率均低下,均未超过10%。在电去离子与电催化确定的最佳参数下运行一体反应器,电流效率超过70%、NO3-去除率超过98%、出水NO3--N浓度低于2mg·L-1,最低可达到0.8 mg·L-1、出水电导率仅14 us·cm-1、最终出水p H为8.74,已经接近纯净水水质。阳极浓水室经电催化运行8h,氮气的选择率最大达到56%,电流效率最高达到43%。以7.2L 70 mg·L-1NO3--N溶液为实验原水,经过36h连续运行试验,总共去除77.78%的NO3-离子,且整个反应的N2选择率高达67.5%。且出水NO3--N浓度一直稳定在2 mg·L-1以下,出水电导率在120min后趋于平稳。但在模拟地下水Ⅳ级水质情况下,虽然电去离子部分未受到明显影响,电催化活性有所下降,但仍能大量脱除NO3--N。综合以上研究:电去离子电催化一体反应器在继承了电去离子技术与电催化还原技术的双重优势下可以有效而快速的分离水体中的NO3-离子,并且大部分转换为N2而彻底去除。该技术较其他脱氮技术有较明显优势,通过进一步的实验研究改进,该方法必然有良好的应用前景。
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【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X523

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