电化学氧化法处理低浓度氨氮废水

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0574

摘要/Abstract

摘要：

设计了一种旋转阴极电化学处理装置，内部设置有过流式板式电极组，由10片DSA阳极（Ti/RuO₂-IrO₂）和11片钛板阴极交替排列组成，将该装置应用于氨氮废水处理，并对电化学处理装置制氯效率、去除氨氮的影响因素及能耗进行了研究。结果表明：该电化学装置处理氨氮的最佳反应条件为pH 9左右、电流密度25 mA/cm²、停留时间3 min；当废水中COD与氨氮共存时，电化学装置对氨氮的氧化效果一定程度上被抑制。最后以某厂内两种实际废水为试验对象，在最佳工艺条件下考察了电化学处理装置的运行效果，氨氮去除率分别为93.0%和94.5%，去除1 kg氨氮的能耗分别为70.75、83.20 kW·h，运行费用分别为28.30、33.28元，对比折点加氯方法能够节省运行费用50.9%~58.3%。

关键词: 氨氮, 电化学, 氧化法, 氯离子

Abstract:

An electrochemical treatment device with rotating cathodes was designed for ammonia nitrogen wastewater treatment. This device was equipped with a through-flow plate electrode set, which was composed of 10 pieces of DSA anode (Ti/RuO₂-IrO₂) and 11 pieces of titanium plate cathodes arranged alternately. The chlorine production efficiency, ammonia nitrogen removal influencing factors, and energy consumption were systematically investigated. The results demonstrated that the optimal operating conditions were pH of approximately 9, current density of 25 mA/cm², and residence time of 3 min. However, the coexistence of COD and ammonia nitrogen in wastewater moderately suppressed the ammonia nitrogen oxidation efficiency. Practical verification using two industrial wastewater samples from a manufacturing plant under optimal conditions showed ammonia nitrogen removal rates of 93.0% and 94.5%, respectively. Meanwhile,the energy consumption for 1 kg ammonia nitrogen removal was 70.75 and 83.20 kW·h, corresponding to operating costs of 28.30 and 33.28 RMB. Compared with the breakpoint chlorination method, this electrochemical technology achieved significant operating cost savings of approximately 50.9%-58.3%.

Key words: ammonia nitrogen, electrochemical method, oxidation treatment, chloride ion

中图分类号:

X703.1

李鋆, 赵国萍, 黄光法, 李佳男, 陶怡恺, 谢诚哲. 电化学氧化法处理低浓度氨氮废水[J]. 工业水处理, 2025, 45(7): 140-146.

Jun LI, Guoping ZHAO, Guangfa HUANG, Jia’nan LI, Yikai TAO, Chengzhe XIE. Treatment of low-concentration ammonia wastewater by electrochemical oxidation[J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(7): 140-146.

https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I7/140

图/表 6

图1 电化学氨氮处理系统工艺流程

Fig.1 Process flow of the electrochemical ammonia nitrogen treatment system

图2 旋转阴极电化学装置（a）整体结构；（b）内部结构；（c）反应器主视图；（d）反应器侧视图；（e）阳极剖面图；（f）阴极剖面图。

Fig.2 Rotating cathode electrochemical device

图3 电解制氯效率在不同氯离子浓度下随停留时间（a）及电流密度（b）的变化

Fig.3 Variation of electrolytic chlorine production efficiency with residence time （a） and current density （b） at different chloride ion concentrations

图4 电化学法对氨氮去除效果随溶液初始pH，电流密度及停留时间的变化

Fig.4 Removal efficiency of ammonia nitrogen by electrochemical method under different initial pH，current density，and residence time

图5 单位质量氨氮去除能耗随停留时间及电流密度的变化

Fig.5 Variation of energy consumption per unit mass of ammonia nitrogen removal with residence time and current density

表1 电化学氧化处理前后废水水质

Table 1 Wastewater quality before and after electrochemical oxidation treatment

项目	进水#1	出水#1	进水#2	出水#2
COD_Cr/（mg‧L^-1）	23.5	5.7	10.4	1.2
氨氮/（mg‧L^-1）	34.2	2.4	27.1	1.5
氯离子/（mg‧L^-1）	1 692	1 553	1 040	846
电导率/（mS‧cm^-1）	4.13	3.74	3.38	2.95
硬度（以Ca计）/（mg‧L^-1）	113.2	82.4	32.0	24.5
pH	9.3	5.4	9.4	6.2

参考文献 21

[1]	杨涛，韩利，徐华伟，等. 1 000 MW火电机组凝结水精处理再生系统问题分析［J］. 工业水处理，2015，35（11）：103-105.
	YANG Tao， HAN Li， XU Huawei，et al. Analysis and discussion on the problems in the regeneration system for condensate polishing in a 1 000 MW unit of power plant［J］. Industrial Water Treatment，2015，35（11）：103-105.
[2]	李玉宇，吴火强，余伟权，等. 珠海电厂精处理系统再生废水综合利用改造方案［J］. 中国电力，2019，52（3）：140-145. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.201711210
	LI Yuyu， WU Huoqiang， YU Weiquan，et al. Comprehensive utilization of resin regenerating wastewater in Zhuhai power plant［J］. Electric Power，2019，52（3）：140-145. doi:10.11930/j.issn.1004-9649.201711210
[3]	杨萍. 浅析电厂化学水处理技术的发展与应用［J］. 水利电力技术与应用，2022，4（11）：34-36.
	YANG Ping. Brief analysis on the development and application of chemical water treatment technology in power plants［J］. Technology and Application of Water Conservancy and Electric Power，2022，4（11）：34-36.
[4]	王亮. 电化学氧化法应用于燃煤电厂高盐氨氮废水处理的研究［D］. 杭州：浙江大学，2019. doi:10.1016/b978-0-08-102418-8.00002-4
	WANG Liang. Study on the application of electrochemical oxidation method in the treatment of high salinity ammonia nitrogen wastewater in coal-fired power plants［D］. Hangzhou：Zhejiang University，2019. doi:10.1016/b978-0-08-102418-8.00002-4
[5]	陈金銮. 氨氮的电化学氧化技术及其应用研究［D］. 北京：清华大学，2008.
	CHEN Jinluan. Study on electrochemical oxidation technology of ammonia nitrogen and its application［D］. Beijing：Tsinghua University，2008.
[6]	王程远，胡翔，李毅，等. 电化学氧化法处理高浓度氨氮废水的研究［J］. 工业用水与废水，2008，39（3）：59-61.
	WANG Chengyuan， HU Xiang， LI Yi，et al. Treatment of wastewater containing high concentration ammonia-nitrogen by electrochemical oxidation process［J］. Industrial Water & Wastewater，2008，39（3）：59-61.
[7]	丁晶，舒欣，赵庆良. 电化学氧化法处理氨氮废水的影响因素［J］. 浙江大学学报（工学版），2013（5）：889-894. doi:10.2166/wst.2013.262
	DING Jing， SHU Xin， ZHAO Qingliang. Influencing factors on ammonia removal by electrochemical oxidation treatment［J］. Journal of Zhejiang University（Engineering Science），2013（5）：889-894. doi:10.2166/wst.2013.262
[8]	刘福兴，李义久. 电化学催化氧化降解有机物的机理及研究进展［J］. 四川环境，2005，24（1）：52-56.
	LIU Fuxing， LI Yijiu. Mechanism and development of electrochemical catalytic oxidation in degradation of organic pollutants［J］. Sichuan Environment，2005，24（1）：52-56.
[9]	朱旭. 钛基形稳电极的制备及电化学氧化苯胺废水性能与机理［D］. 北京：中国地质大学（北京），2020.
	ZHU Xu. Preparation of Ti-based shape stabilized electrode and performance and mechanism of electrochemical oxidation of aniline wastewater［D］. Beijing：China University of Geosciences，2020.
[10]	MARTÍNEZ-HUITLE C A， FERRO S. Electrochemical oxidation of organic pollutants for the wastewater treatment：Direct and indirect processes［J］. Chemical Society Reviews，2006，35（12）：1324-1340. doi:10.1039/b517632h
[11]	CHUNG M， JIN K， ZENG J S，et al. Mechanism of chlorine-mediated electrochemical ethylene oxidation in saline water［J］. ACS Catalysis，2020，10（23）：14015-14023. doi:10.1021/acscatal.0c02810
[12]	林海波，徐红，杨喜波，等. 在流动式电解槽中氨氮废水的间接电氧化［J］. 环境化学，2005，24（2）：146-149.
	LIN Haibo， XU Hong， YANG Xibo，et al. Indirect electrochemical oxidation of ammonium nitrogen（NH₃-N）wastewater in a flow electrochemical cell［J］. Environmental Chemistry，2005，24（2）：146-149.
[13]	申如雪. 生化尾水电化学深度脱氮的研究［D］. 杭州：浙江工业大学，2019.
	SHEN Ruxue. Study on chemical advanced denitrification of biochemical tail water［D］. Hangzhou：Zhejiang University of Technology，2019.
[14]	李牧，吴文景，华志刚，等. 燃煤电厂脱硫废水零排放技术概述［J］. 电站系统工程，2018，34（5）：78-80，82.
	LI Mu， WU Wenjing， HUA Zhigang，et al. Summary of zero emission technology for desulphurization wastewater in coal-fired power plants［J］. Power System Engineering，2018，34（5）：78-80，82.
[15]	沈浩，樊金红，马鲁铭. 低浓度NaCl溶液Ti/Pt阳极电解制备活性氯［J］. 电化学，2009，15（2）：220-223. doi:10.61558/2993-074x.1984
	SHEN Hao， FAN Jinhong， MA Luming. Investigation on electrogenerated active chlorine from diluted NaCl solutions at Ti/Pt anode［J］. Journal of Electrochemistry，2009，15（2）：220-223. doi:10.61558/2993-074x.1984
[16]	陈金銮，施汉昌，徐丽丽. pH值对氨氮电化学氧化产物与氧化途径的影响［J］. 环境科学，2008，29（8）：2277-2281. doi:10.3321/j.issn:0250-3301.2008.08.032
	CHEN Jinluan， SHI Hanchang， XU Lili. Effect of pH for the electrochemical oxidation products and oxidation pathways of ammonia［J］. Environmental Science，2008，29（8）：2277-2281. doi:10.3321/j.issn:0250-3301.2008.08.032
[17]	李勇东. 氯/铁介导废水中氨氮电化学氧化研究［D］. 广州：华南理工大学，2020.
	LI Yongdong. Study on electrochemical oxidation of ammonia nitrogen in wastewater mediated by chlorine/iron［D］. Guangzhou：South China University of Technology，2020.
[18]	李金城，宋永辉，汤洁莉. 电化学氧化法去除兰炭废水中COD和NH₃-N［J］. 中国环境科学，2022，42（2）：697-705.
	LI Jincheng， SONG Yonghui， TANG Jieli. Removing of COD and NH₃-N from blue-coke wastewater by electrochemical oxidation［J］. China Environmental Science，2022，42（2）：697-705.
[19]	徐浩然，冯向东，张贺，等. 电化学氧化系统循环处理工业含氨废水［J］. 现代化工，2020，40（）：229-233.
	XU Haoran， FENG Xiangdong， ZHANG He，et al. Cyclic treatment of industrial ammonia-containing wastewater by electrochemical oxidation system［J］. Modern Chemical Industry，2020，40（S1）：229-233.
[20]	王璟，王园园，赵剑强，等. 火电厂高盐高氨氮废水电解除氨氮及制氯性能研究［J］. 工业水处理，2015，35（7）：60-64. doi:10.11894/1005-829x.2015.35(7).060
	WANG Jing， WANG Yuanyuan， ZHAO Jianqiang，et al. Research on the capacity for removing ammonia nitrogen from wastewater containing high salinity and high ammonia nitrogen and the capacity for producing chloride by electrolysis in a thermal power plant［J］. Industrial Water Treatment，2015，35（7）：60-64. doi:10.11894/1005-829x.2015.35(7).060
[21]	张璐颖. 煤基炭膜耦合电化学氧化去除水中氨氮的研究［D］. 大连：大连海事大学，2021.
	ZHANG Luying. Study on removal of ammonia nitrogen from water by coal-based carbon membrane coupled electrochemical oxidation［D］. Dalian：Dalian Maritime University，2021.

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容