電化學去除生活污水中磷的試驗研究

1、洛 陽 理 工 學 院畢 業(yè) 設 計（論 文） 題目 電化學法去除生活污水中磷的試驗研究姓 名 秦 茹系 （部）環(huán)境工程與化學系專 業(yè) 環(huán) 境 工 程指導教師 吳 長 航2013 年 6 月 2 日電化學法去除生活污水中磷的試驗研究摘要現(xiàn)階段水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象日趨嚴重，人們?yōu)楸Ｗo生態(tài)環(huán)境而迫切尋找操作簡單、無二次污染、可持續(xù)性強的污水除磷方法。電化學法應運而生，它因滿足人們的要求而得到廣泛的應用。本實驗以鐵板為陽極、銅板為陰極進行靜態(tài)試驗。本論文探究了電化學法除磷的反應條件，從電解時間、電流密度、極板間距的角度論述了各個影響因素對磷的去除效果的影響。 從實驗結(jié)果看出：電流密度和電解時間對磷的去除

2、起著至關(guān)重要的作用。在一定范圍內(nèi)，電流密度越大，電解時間越長，磷的去除率越高。但電流密度過大，會導致能耗的增加；同樣，電解時間過長，極板鈍化，影響去除效率。過大或過小的極板間距都會降低磷的去除效果。本實驗中最佳電流密度為3mA/cm2，最佳電解時間為7-10min，極板間距為3cm時，去除率達到96.63%，磷的出水含量為0.134mg/L（進水含量3.973mg/L），低于GB-18918“城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準”中一級標準A標準的上限0.5mg/L。關(guān)鍵詞：電化學法，除磷，污水處理Experimental study of electrochemical processes to r

3、emove phosphorus in wastewaterABSTRACT Stage eutrophication phenomenon of growing people for the protection of the ecological environment and urgent look simple operation, no secondary pollution, sustainability and strong sewage phosphorus removal method. Electrochemical method came into being, it i

4、s due to meet people's demands and has been widely used. In this experiment, iron anode, copper cathode for static tests. This thesis explores the electrochemical reaction conditions for phosphorus removal from the electrolysis time, current density, angle plate spacing discusses the impact of v

5、arious factors on the effect of the removal of phosphorus. Seen from the experimental results: the current density and electrolysis time on the removal of phosphorus plays a vital role. In a certain range, the current density, the electrolysis time is longer, the higher the phosphorus removal. Howev

6、er, the current density is too large, it will lead to increased energy consumption; Similarly, electrolysis time is too long, plate passivation effect removal efficiency. Too large or too small plate spacing will reduce phosphorus removal. In this experiment the optimum current density is 3mA/cm2, b

7、est electrolysis time of 7-10min, plate distance of 3cm, the removal rate reached 96.63%, phosphorus content of effluent 0.134mg / L (water content 3.973mg / L), lower than the GB-18918 "urban sewage treatment plant pollutant discharge standards" set a standard a standard cap 0.5mg / L.Key

8、words: electrochemical method, phosphorus, sewage treatment 目 錄前 言1第1章 概述31.1 水體富營養(yǎng)化31.1.1 水體富營養(yǎng)化危害3磷的來源和種類41.2 除磷的主要方法及優(yōu)缺點41.3 電化學法去除磷的基本原理81.4 電化學法較傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢8第2章 實驗材料與方法102.1 實驗試劑102.2實驗設備與裝置112.3實驗方法13磷的標準曲線的繪制13過硫酸鉀消解法132.4 實驗流程13電流密度對除磷效果的研究132.4.2 極板間距對除磷效果的研究142.4.3 最佳工況下對除磷效果的研究14第3章 結(jié)果與討論153.

9、1 電流密度的影響153.2極板間距的影響153.3 電解時間的影響163.4 最佳工況下磷的去除效果16結(jié)論18謝 辭19參考文獻20外文資料翻譯22前 言我國平均河川年徑流總量為26600多億m3,占世界第5位。而人均占有的水量卻只相當于世界人均占有河川年徑流量的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一1。然而水資源“取之不盡，用之不竭”的傳統(tǒng)觀念使人們?nèi)狈?jié)水意識，造成了水資源的嚴重浪費。隨著國民經(jīng)濟的快速增長，工業(yè)水平的迅猛提高，城市污水的大量排放，致使水環(huán)境惡化，生態(tài)環(huán)境遭到破壞，加劇了水資源緊張的矛盾。合理開發(fā)利用水資源，保護生態(tài)環(huán)境，維護人與自然和諧發(fā)展，已成為21世紀人類的共同

10、使命。水資源的污染主要來源于工業(yè)排放的廢水、城市生活污水和農(nóng)業(yè)化肥、農(nóng)藥等。從1998年起，我國水資源污染的主要部分由原來的工業(yè)廢水變?yōu)槌鞘猩钗鬯蟛糠治唇?jīng)處理或未達標的生活污水直接排放，以及農(nóng)業(yè)化肥、農(nóng)藥的低效利用，使大量的營養(yǎng)物質(zhì)流入江河湖海中2。水體中的氮、磷含量過多就可能引起富營養(yǎng)化現(xiàn)象。水體富營養(yǎng)化會引起藻類及其他浮游生物大量繁殖，水體中溶解氧含量下降，水質(zhì)惡化，以致影響魚蝦等生物的生存3。利貝格最小定律4指出，外界供給生物生長所需營養(yǎng)物質(zhì)中含量最少的一種決定了植物的生長。在藻類分子式中所占重量百分比最小的元素是磷。因此磷是富營養(yǎng)化的最小限制因素，據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，80%的湖庫富營

11、養(yǎng)化是受到磷源的影響5。因此為了控制水體富營養(yǎng)化，去除生活污水中的磷更具有現(xiàn)實意義。在天然水和廢水中，磷主要以磷酸鹽的形式存在，分別為正磷酸鹽、有機結(jié)合的磷（磷脂等）和縮合磷酸鹽（焦磷酸鹽、多磷酸鹽和偏磷酸鹽)。目前除磷的方法主要有化學凝聚法、吸附法、離子交換法、A/O工藝、A/A/O工藝、SBR（序批式反應器）工藝等，但是以上方法在技術(shù)和經(jīng)濟上存在不少問題，在以后的論文中會詳加討論。鑒于電化學法處理污水具有設備簡單、不產(chǎn)生二次污染、效率高的優(yōu)點，本論文采用電化學法去除污水中的磷。 電化學法是通過鐵電極在電流作用下釋放鐵離子產(chǎn)生氫氧化鐵絮凝物，經(jīng)過吸附、離子交換等作用去除水中污染物，因此也叫做

12、電絮凝法。研究表明，電絮凝過程中產(chǎn)生的氫氧化物絮凝體對水中的磷有較好的吸附性能。本實驗以模擬的生活污水為研究對象，采用電絮凝工藝去除廢水中的磷，研究不同電流密度、極板間距、電流時間對磷的去除效果的影響。最早提出利用電化學法處理廢水是在20世紀40年代，但由于當時缺乏電力，成本較高，電化學法發(fā)展緩慢。其后隨著傳質(zhì)理論、電力工業(yè)和材料科學的發(fā)展，電化學法開始平穩(wěn)發(fā)展。1969年，Backnurest等人提出了流化床電極(Fluid Bed Electrode，簡稱FBE)的概念。該電極有呈立體構(gòu)型，比表面積是平板電極的幾十倍甚至更多，電解液在孔道內(nèi)流動，增加了電解液和極板的接觸面積，使電解反應器內(nèi)

13、的傳質(zhì)過程得到改善。1973年，M.Fleischmamm F.Goodridge等人成功研發(fā)了復極性固定床電極(Biopolar Packed Bed Electrode，簡稱BPBE)。電解槽內(nèi)電極材料在高梯度電場的作用下復極化，形成復極力子，每一個顆粒都相當于一個電解池，分別在小顆粒的兩端發(fā)生氧化還原反應。整個電解池就相當于無數(shù)個小型電解池串聯(lián)而成，電解效率成倍的提高。到80年代以后，電化學法因為其獨特的優(yōu)越性而快速發(fā)展。近年來電化學理論逐步完善，使得利用電化學法處理廢水越來越普及。第1章 概述1.1 水體富營養(yǎng)化 水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下,生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖

14、泊、江河、海灣等緩流水體，而引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體，大量消耗水體中溶解氧，使水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。在自然情況下水體達到富營養(yǎng)的狀態(tài)是非常緩慢的。但人為排放含營養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水則可以在較短時間內(nèi)引起水體的富營養(yǎng)化。水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象出現(xiàn)后，浮游生物大量增殖，因浮游藻類的顏色不盡相同，水面往往呈現(xiàn)不同的顏色。這種現(xiàn)象出現(xiàn)在江河湖泊被稱為“水華”，在海洋中出現(xiàn)則叫做“赤潮”。1.1.1 水體富營養(yǎng)化危害 富營養(yǎng)化中的藻類以藍藻、綠藻、硅藻為主。由藍藻形成的水華往往有劇毒，家禽或魚類飲用這種水后不到一個小時就會中毒死亡。當藻類在冬季大量死亡的時候，水中的BOD值

15、猛增導致環(huán)境衛(wèi)生惡化，危害水產(chǎn)業(yè)。水體富營養(yǎng)化嚴重影響了人類的日常生活,其主要表現(xiàn)在一下幾個方面：(1)加速生態(tài)環(huán)境的破壞和退化,危害人類健康 水體富營養(yǎng)化除了對水體中的水生生物造成危害以外,還對水體周圍生態(tài)環(huán)境造成影響。水體散發(fā)臭氣，水中的藻類分泌、釋放有毒物質(zhì)，有毒物質(zhì)進入水體后，若被人或牲畜飲用，則可致病加速人畜的死亡。(2) 影響漁業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量漁業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量與水質(zhì)緊密相關(guān)。富營養(yǎng)化水體中的浮游生物迅速繁殖，消耗了水體中大量的溶解氧，影響了魚蝦的生長。并且藻類釋放的有毒物質(zhì)還會在魚類體內(nèi)積累，大大降低了他們的食用價值。 (3)水質(zhì)惡化,增加處理難度和經(jīng)濟成本,制約工業(yè)發(fā)展 供

16、水水源處于富營養(yǎng)化的狀態(tài)時，影響水廠的正常運行，增加給水費用，降低處理效果。水體中的有毒有害氣體，給水體增加技術(shù)難度，加大了處理成本。很多工業(yè)(紡織、食品、造紙、電鍍等）需要利用水作原料或洗滌產(chǎn)品和直接參加產(chǎn)品加工過程，惡化的水質(zhì)會直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。水質(zhì)差的冷卻水還會造成冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的堵塞、腐蝕和結(jié)垢。1.1.2磷的來源和種類 水中過量的磷主要來自城市污水、農(nóng)業(yè)廢棄物和肥料。在城市污水中洗滌劑是磷酸鹽的主要來源，它不但引起水體富營養(yǎng)化，還能在水面上形成大量泡沫。水體本身也可以釋放磷，多年來水體底部淤積了大量的含磷沉淀物，正常情況下這些沉淀物中80%是由不溶性的鐵鹽保護著不會擴散稀釋。但當水體

17、底部溶解氧含量降低時，鐵鹽保護層因處于還原狀態(tài)而消失，磷酸鹽就會被釋放到水中，增加了磷元素的含量。1.2 除磷的主要方法及優(yōu)缺點 除磷的技術(shù)眾多，常用的除磷方法按其機理大致可以分為：物理化學除磷方法和生物化學除磷方法。物理化學除磷方法包括：化學凝聚法、吸附法和離子交換法。（1） 化學凝聚法 利用溶于水的金屬鹽和水中的磷發(fā)生反應生成難溶性沉淀物，從而達到去除目的。此方法中廢水的pH值直接影響了除磷的效果。一般選用的是鈣鹽、鋁鹽和鐵鹽，但是反應過程中生成的副產(chǎn)物較多。如果廢水的pH值過高，在池子和水管中還會形成堅硬的垢片，產(chǎn)生難處理的污泥。由于人為地投加了化學藥劑，經(jīng)濟成本提高以及大量污泥的產(chǎn)生都

18、成為化學凝聚法發(fā)展的障礙。（2） 吸附法 利用自然界中分布廣泛的粘土礦物（比表面積大、孔隙多、極性強、表面有極性基團和金屬離子），沉積、絡合、離子交換、吸附污水中的磷。吸附法的反應速度塊，操作簡單，吸附產(chǎn)物可以回收利用，不會對環(huán)境造成二次污染。但是吸附劑的抗干擾性、溶解損失以及再生方面仍然存在問題，制約其發(fā)展。（3） 離子交換法 利用強堿性陰離子交換樹脂，與廢水中的磷酸根陰離子進行交換反應，將磷酸根陰離子置換到交換劑上予以去除。但離子交換樹脂的價格較高，樹脂再生時需用酸、堿或食鹽，運行費用較高，且樹脂易中毒，選擇性差，交換量也比較低。生物化學除磷方法包括：A/O工藝、A/A/O工藝、SBR（序

19、批式反應器）工藝、反硝化。生物法對低濃度磷處理基本達到排放標準（除磷率一般在70%左右），產(chǎn)生的污泥量明顯低于化學法，而且生物法除磷可能造成二次污染。（1） A/O工藝 首先在A/O法的缺氧池中加入含有某些微生物種群的污水，使這些微生物處于厭氧環(huán)境中，讓他們吸收小分子有機物作為自身營養(yǎng)源，同時這些微生物會釋放體內(nèi)的多磷酸鹽。接著污水進入A/O工藝的好氧池，微生物處于好氧環(huán)境時，這些生物一邊消耗體內(nèi)的有機物，一邊吸收污水中大量的可溶性磷酸鹽。微生物因在體內(nèi)合成多聚磷酸鹽而聚集起來形成菌膠團。緊接著攜帶大量含磷的微生物菌膠團的污水進入沉淀池沉淀形成污泥，一部污泥以剩余污泥的形式排出，一部分則以回流

20、污泥的形式重新進入?yún)捬醭兀M行新一輪的釋放磷與聚集磷的過程。工藝流程圖如下：圖1-1 A/O工藝流程圖A/O工藝流程簡單，構(gòu)造物少，只有污泥回流和混合液回流系統(tǒng)，不需要投加化學藥品，大大節(jié)約費用。但是A/O工藝卻存在兩大問題：一、除磷的效果取決于剩余污泥的排放量。二、沉淀池中難免還有磷的釋放，影響后續(xù)的工藝處理。而且該工藝在磷與碳源之比很低的時候去除才能達到78%左右，同時很難達到更好的去除效果。當磷與碳源之比較高時，BOD負荷較低，剩余污泥比較少，很難達到預期的去除效果。（2） A/A/O工藝A/A/O工藝或稱A/O工藝，在一個處理系統(tǒng)中同時具有厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)，能夠同時做到脫氮、除磷

21、和有機物的降解，其工藝流程圖如下：圖1-2 A/A/O工藝流程圖污水和沉淀池的回流活性污泥同時進入?yún)捬醴磻鳎哿拙趨捬醐h(huán)境下釋放磷，同時轉(zhuǎn)化易降解COD、VFA為PHB，部分有機物進行氨化。污水進入缺氧反應器時，由好氧反應器通過混合液內(nèi)循環(huán)由傳送過來的硝態(tài)氮，在反硝化細菌的作用下作為電子受體而被降解去除?；旌弦哼M入好氧區(qū)時COD的濃度已基本接近排放標準，在好氧反應器中除了進一步降解有機物，還進行氨氮的硝化和磷的吸收，污泥中過量吸收的磷通過剩余污泥排除。該工藝流程簡潔，污泥在厭氧、缺氧、好氧環(huán)境中交替運行，污泥沉降性能好。該處理系統(tǒng)出水中磷濃度可達到1mg/L。但要注意的問題是一方面進入沉淀

22、池的混合液通常要保持一定的溶解氧濃度，以防止沉淀池中反硝化和污泥厭氧釋磷，但這會導致回流污泥和回流混合液中溶解氧濃度較高。給A/A/O工藝的順利運行提高里技術(shù)難度。另一方面系統(tǒng)所排放的剩余污泥中，及僅有一部分污泥經(jīng)歷了完整的厭氧和好氧過程，影響了磷的充分吸收，系統(tǒng)污泥泥齡因為兼顧硝化菌的生長而不能太短，導致除磷效果不佳。（3） SBR工藝SBR工藝也叫做序批式反應器，它采用間歇操作，在同一個反應器內(nèi)進行曝氣、沉淀、出水、回流等過程。在進水期既不進行曝氣充氧也不進行混合，但若是讓混合液處于厭氧狀態(tài)，也可以進行攪拌混合而不曝氣使微生物與底物充分接觸。進水后進行一定時間的缺氧攪拌,在好氧階段好氧菌利

23、用水中的有機物和溶解氧進行好氧分解，水中的溶解氧迅速降低甚至達到零。這時厭氧發(fā)酵菌進行厭氧發(fā)酵，反硝化菌進行脫氮，聚磷菌則吸收磷。池體進入?yún)捬蹼A段，聚磷菌釋放磷。接著進行曝氣，硝化菌進行硝化反應，聚磷菌吸收磷。過一段時間后停止曝氣，進行靜置沉淀，污泥沉淀下來后，潷出上部清水，然后進入原污水進行下一周周期循環(huán)，如此周而復始。SBR工藝可同時進行脫氮除磷但是操作復雜，設計過程復雜，維修要求較高。SBR工藝是間歇運行的，所以至少需要兩套SBR設施，進行切換運行，占地面積因此也比較大。（4） 反硝化Kuba在1993年時表明：在厭氧、缺氧交替的環(huán)境下，易富集一類有反硝化作用和除磷作用的兼性厭氧微生物，

24、該微生物利用O或NO3-作為電子受體。反硝化除磷在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來,它利用厭氧、缺氧交替環(huán)境，馴化培養(yǎng)出一類以NO3-為最終電子受體的反硝化聚磷菌菌種。通過它們的代謝作用同時完成吸收磷和反硝化過程從而達到脫氮除磷的目的。主要處理方法的優(yōu)缺點如下表：表1-1 除磷方法的優(yōu)缺點比較去除機理分類方法名稱優(yōu)點缺點物理化學法化學凝聚法處理效果穩(wěn)定，操作簡單經(jīng)濟成本高，污泥產(chǎn)量大吸附法占地面積小，工藝簡單，操作方便，無二次污染吸附劑的抗干擾性，溶解損失差，運行不穩(wěn)定離子交換法選擇性吸收污染物樹脂易中毒，交換容量低，選擇性差生物化學法A/O工藝流程簡單，不需添加化學藥品，建設費用和運行費用較低剩余污泥排放量

25、是除磷的關(guān)鍵因素，而且沉淀池中可能有磷的釋放A/A/O可同時進行脫氮、除磷很難同時取得較好的脫氮除磷的效果SBR可靈活調(diào)整運行方式，并達到良好的脫氮除磷的效果操作復雜，維護要求高，占地面積大反硝化充分利用碳源需要外加易分解的碳源1.3 電化學法去除磷的基本原理電化學法現(xiàn)在分為電化學氧化法、電化學還原法、電絮凝法、內(nèi)電解法和電滲析法。電化學法除磷主要是采用電絮凝法。結(jié)合論文的研究內(nèi)容，實驗采用電絮凝法去除含磷污水。電絮凝法是通過犧牲陽極，電解產(chǎn)生其氫氧化物絮凝體凝聚水中的膠體物質(zhì)形成絮凝沉淀從而達到去除磷的目的。本實驗以鐵板為陽極材料，銅板為陰極材料。在電解過程中陽極中由鐵板釋放的Fe一部分與水

26、樣中的磷酸鹽發(fā)生反應形成難溶性鐵鹽。另一部分Fe 與溶液中的OH反應生成難溶性的鐵的羥基化合物，這些化合物能使膠體絮凝。陰極中電解產(chǎn)生的H在溶液中產(chǎn)生氣浮，膠體絮凝物隨著小氣泡漂浮在溶液表面而得到去除。電極板和溶液中的主要反應如下：陽極：Fe-2e-=Fe2+ (1-1)陰極：2H+2e-=H2 (1-2)溶液中：4Fe2+2H2O+O2=4Fe3+4OH- (1-3)Fe3+PO43-=FePO4 (1-4)3Fe2+2PO43-=Fe3(PO4)2 (1-5)Fe2+2OH-=Fe(OH)2 (1-6)4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 (1-7) 溶液中(1-4)、(1-

27、5)中生成的難溶性鐵鹽、在膠體、的作用下絮凝并在陰極產(chǎn)生的的作用下漂浮在溶液表面。1.4 電化學法較傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢與傳統(tǒng)除磷方法的去除效率低,經(jīng)濟成本高不同,電化學法具有無法比擬的優(yōu)勢：(1) 電解過程中產(chǎn)生的鐵離子和磷酸鹽形成沉淀,避免了化學試劑的添加而引起的二次污染問題；(2) 可直接通過調(diào)節(jié)外加電流、電壓來控制反應條件，操作簡便易行；(3) 反應條件要求較低，在常溫常壓下即可操作；(4) 設備占地面積小，特別適合人口擁擠的城市進行水處理；(5) 當廢水中含有金屬離子時，陰極可以還原金屬離子，回收利用有價值的金屬；(6) 兼有氣浮、絮凝消毒作用；(7) 既可以單獨進行水處理，又可以與其他方

28、法相結(jié)合，若作為前處理，可提高廢水的可生物降解性。第2章 實驗材料與方法2.1 實驗試劑本實驗用到的實驗試劑有：葡萄糖、氯化銨、磷酸二氫鉀、氯化鈉、過硫酸鈉、硫酸、抗壞血酸、鉬酸銨、酒石酸銻氧鉀。本實驗采用電化學法處理模擬含磷生活污水,模擬生活污水，就是在配置的水樣中加入各種化學藥品，使其和真實污水中污染物種類及濃度范圍基本一致，如有機物、氨氮、磷酸鹽等，雖然與真實污水的成分有所區(qū)別，但是其典型特征符合真實水樣。此實驗水樣成分及含量如下：表2-1 試驗水樣的配制成分濃度 / mg.L-1配水藥劑名稱藥劑添加量 / gCOD300C6H12O60.3320NH4-N100NH4Cl0.3818P

29、5KH2PO40.02195Cl-NaCl0.2500將以上藥品用蒸餾水配成1L溶液，當天配置當天用，故每天做實驗都要重新配置溶液，并記錄藥品含量。 實驗中所用藥品配比如下： (1)5%過硫酸鉀：溶解5g過硫酸鉀于蒸餾水中，并稀釋至100ml，此溶液用于過硫酸鉀消解法。 (2)（1+1）硫酸：將一份濃硫酸倒入一份蒸餾水中。 (3)10%抗壞血酸溶液：溶解10g抗壞血酸于蒸餾水中，并稀釋至100ml。該溶液貯存在棕色玻璃瓶中。 (4)鉬酸鹽溶液：溶解13g鉬酸銨于100ml水中。溶解0.35g酒石酸銻氧鉀與100ml中。在不斷攪拌下，將鉬酸銨溶液加到300ml（1+1）硫酸中，加酒石酸銻氧鉀溶液

30、并混合均勻。 (5)磷酸鹽貯備液：將優(yōu)級純磷酸二氫鉀與110干燥2h，在干燥器中冷卻。稱取0.2197g溶于水，移入1000ml容量瓶中。加（1+1）硫酸5ml，用水稀釋至標線。此溶液每毫升含50.00ug的磷。 (6)磷酸鹽標準溶液：吸取10.00ml磷酸鹽貯備液于250ml容量瓶中，用水稀釋至標線，此溶液每毫升含2.00ug磷，現(xiàn)用現(xiàn)配。 2.2實驗設備與裝置 電解裝備包括電源、電解槽、極板。此次試驗所用的直流電源是深圳安泰信公司生產(chǎn)的TPR6010S單路恒壓恒流直流穩(wěn)壓電源，最大輸出電流10 A，且電流可以在0到10 A之間連續(xù)變化，最小變化單位為0.01 A，電解過程中要保持電流恒定。

31、圖2-1 TPR6010S單路恒壓恒流直流穩(wěn)壓電源電解槽：有機玻璃制成的長方體器皿,通體透明方便觀察電解槽內(nèi)實驗情況及實驗現(xiàn)象。電解槽內(nèi)有插槽，便于固定極板間距為1、2、3cm。圖2-2電解槽與極板高溫蒸汽鍋：過硫酸鉀消解法中需要高溫（120）高壓（1.1kg/cm)的條件，高溫蒸汽鍋可以提供這樣的環(huán)境。分光光度計：提供700nm波長的紫外線,準確檢測水樣的吸光度從而計算出水樣中磷的含量。2.3實驗方法污染物指標參數(shù)測定方法采用國家環(huán)保總局推薦的方法2.3.1磷的標準曲線的繪制（1） 取數(shù)支50ml具塞比色管，分別加入磷酸鹽標準液0、0.50、1.00、3.00、5.00、10.0、15.0m

32、l，加水至50ml。（2） 顯色：向比色管中加入1ml 10%抗壞血酸溶液，混勻。30s后加2ml鉬酸鹽溶液充分混勻，放置15min。（3） 比色：用10mm比色皿，于700nm波長處，以零濃度溶液為參比，測量吸光度。（4） 以磷的質(zhì)量為X軸，磷的吸光度為Y軸，繪制曲線。若曲線的R在3個9以下，則誤差較大棄之；若在3個9以上則進行下面的步驟。2.3.2過硫酸鉀消解法 向比色管中加過硫酸鉀溶液4ml，加塞后管口包一小塊紗布用線扎進。將比色管放在大燒杯中，置于高壓蒸汽鍋內(nèi)加熱，待溫度為120時，保持此壓力30min，停止加熱，待壓力表指針將至零后，取出冷卻。 2.4 實驗流程 2.4.1電流密度對

33、除磷效果的研究 先配置水樣并測量水樣的吸光度，然后將約400 ml水樣倒入電解槽中，確定極板間距為2 cm，連接好工作電路，測量極板寬度b(cm)，淹沒水深h(cm)，計算極板有效電解面積S(cm)，確定電流密度i(mA/cm)，則工作電流I（A）為：I=S×i×10=b×h×i×10確定電流密度為1mA/cm2、3mA/cm2、5mA/cm2，在電流密度下每電解4min取出1ml水樣于50ml具塞比色管中，加水稀釋至50ml。按照上述方法依次進行過硫酸鉀消解法和顯色、比色過程。在同一坐標軸內(nèi)，以時間為X軸，去除率為Y軸，繪制曲線。2.4.2

34、極板間距對除磷效果的研究由第一步實驗確定最佳電流密度為3mA/cm2，在此條件下研究極板間距為1cm、3cm時除磷效果。取樣和測定方法與電流密度的研究一致。在同一坐標軸內(nèi)，以時間為X軸，去除率為Y軸，繪制曲線。2.4.3 最佳工況下對除磷效果的研究由第一步確定的最佳電流密度3mA/cm2和第二步確定的最佳極板間距3cm，研究在此條件下，每隔4min取一次水樣。以時間為X軸，磷的去除率為Y軸，繪制曲線。第3章 結(jié)果與討論 3.1 電流密度的影響選取極板間距為2cm，磷的初始濃度約為4.955mg/L，改變電流密度，分別電解14min，對不同時間磷濃度的測定，實驗結(jié)果如下：圖3-1電流密度對磷去除

35、率的影響圖3-1中顯示了磷的去除率與電流密度的關(guān)系。從圖中可以看出，隨著電流電流密度的增大，磷的去除效率有所提高但差別不大。電流密度為3mA/cm2時電解7min去除率顯著提高到95.32%，之后趨于穩(wěn)定。電流密度為1mA/cm2和5mA/cm2時，電解10min，去除率達到最大值96.41%?？紤]到在這三種電流密度下，磷去除率最大值相差不多且去除磷的效果均達到國家標準。為了節(jié)省能源，選用最佳電流密度為3mA/cm2。3.2極板間距的影響 選電流密度為3mA/cm2，磷的初始濃度約為4.955mg/L，改變極板間距，分別電解14min，對不同時間磷的濃度進行測定，實驗結(jié)果如下表圖3-2 電流密

36、度對磷去除率的影響圖3-2顯示了磷的去除率與極板間距的關(guān)系，從圖中可以看出極板間距從1cm變化到3cm，去除率先減小后增大，極板間距為3cm時去除率最高，在電解7min后去除率均趨于穩(wěn)定。極板間距越小，流過極板間的電流越大，電流密度就越大，能夠有效的促進陽極電解金屬陽離子，絮凝效果更加明顯。但極板間距過小的話，就會因為濃差極化作用產(chǎn)生較大的超電勢，影響電極反應速度。從去除效果來看，最佳極板間距為3cm。3.3 電解時間的影響綜合圖3-1和圖3-2，可以得出，電解時間從0-7min磷的去除率明顯增加，7min到14min去除率有所下降但不明顯，之后趨于平穩(wěn)。原因是電解產(chǎn)生的Fe和Fe隨著電解時間

37、的增加而增加，增強了絮凝效果。但電解時間過長，陽極鐵板出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，鐵板表面形成薄膜，阻礙了鐵離子的釋放，降低了去除效果。從去除效率和電能消耗方面考慮，選用合適的電解時間為7-10min。3.4 最佳工況下磷的去除效果 上述實驗分別討論了電流密度和極板間距對磷去除效果的影響，由此得出該實驗電解水樣的最佳工況：電流密度為3mA/cm2，極板間距為3cm，電解時間為7-10min。在最佳工況下，去除效果如下圖所示：圖3-3 最佳工況下磷的去除率曲線圖3-3 顯示了優(yōu)化條件下磷的去除效果。從圖中可以看出前7min，磷的去除率迅速提高，7min之后去除率基本無變化。電解7min去除率達到96.63%，

38、磷的出水含量為0.134mg/L（進水含量3.973mg/L），低于GB-18918“城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準”中一級標準A標準的上限0.5mg/L。 結(jié)論通過電解模擬含磷生活污水的試驗研究，可以得出以下結(jié)論：（1） 電流密度和電解時間對磷的去除起著至關(guān)重要的作用。在一定范圍內(nèi)，電流密度越大，電解時間越長，磷的去除率越高。但電流密度過大，會導致能耗的增加；同樣，電解時間過長，極板鈍化，影響去除效率。結(jié)合磷的去除效率和能耗兩方面因素，在實驗中選擇最佳的電流密度和電解時間。本實驗中最佳電流密度為3mA/cm2，最佳電解時間為7-10min。（2） 極板間距對磷的去除沒有電流密度和電解時間那么明

39、顯。極板間距增大，磷的去除率先減小后增大。（3） 在優(yōu)化條件下，即電流密度為3mA/cm2、極板間距為3cm，電解時間7-10min，去除率達到96.63%。本課題的結(jié)果對磷的去除效果較為理想，但依然存在不少問題：首先實驗中使用的是模擬生活污水，在實際操作過程中，生活污水中的成分遠遠比模擬的復雜。其次極板間距的增加，去除率反而先減小后增大，什么原因使極板間距增大去除率減小是一個值得思考的問題。實際上，影響電化學法去除污水中污染物的因素出來本文研究的幾點之外，陽極材料、水樣pH值等因素對處理效果也有較大的影響，在后續(xù)的研究中，可以以此為研究對象，進一步考察電化學法處理含磷污水的影響因素，來逐步完

40、善最佳工況。同時，可以將電化學法與其他污水處理技術(shù)（物理化學法、生物化學法）結(jié)合起來，找到最適合去除污水中磷的方法和工藝。謝 辭 畢業(yè)論文結(jié)束了，首先要由衷地感謝吳長航老師一直以來對我們的指導和幫助。在他淵博的專業(yè)知識和嚴謹?shù)目蒲凶黠L帶動下，我們才能順利的完成畢業(yè)論文。在實驗階段，吳老師為我們提供許多的實驗方法和實驗材料，供我們參考和取用，指導我們研究方向和解決研究中遇到的問題。在論文階段，吳老師耐心分析、細心指導，時刻關(guān)心我們的畢業(yè)論文工作進展，使我能順利的完成論文工作，把自己的論文成果總結(jié)提煉出來。 在這次畢業(yè)論文中，運用了四年學得的大部分知識，以前沒有掌握的難點得到了解決。同時將理論和實

41、踐更好的結(jié)合起來，培養(yǎng)了我們實事求是的科學態(tài)度和嚴謹?shù)目蒲凶黠L，進一步提高了自己的能力。對于即將踏入社會的我們是一個很大的收獲。 最后，我要感謝洛陽理工學院，在這里，我不但學到了豐富的專業(yè)知識，更學會了如何做人處事，這將是我人生中一筆巨大的財富。在此，我向?qū)W校的每一位老師及領(lǐng)導致以最真誠的謝意！祝愿洛陽理工學院的明天更加輝煌！參考文獻1 薛玉寶,郗慧群.我國水資源污染現(xiàn)狀與治理對策J.中國環(huán)境管理,2010,3:44-46.2Oldfield P. Past Global Changes(PAGES):Status reportand mi plementation plan.global change reportM.No.45.Sweden,S