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铁炭微电解预处理猪沼气池氨氮的研究

发布时间:2018-12-19 16:14 作者:李明发 来源:原创

铁碳微电解是一种主要利用电化学腐蚀原理和一系列协同作用去除污染物的技术。其原理主要是利用不同电极电位的金属在污染废水中形成多个微小腐蚀原电池,使废水中的电解质污染物通过氧化还原反应去除污染物,并吸附、絮凝物、沉淀。近年来,该技术已逐步引入高浓度有机废水的预处理,如印刷、药品、纸张、焦化。

养猪场沼液,即通过规模养猪场废水的厌氧消化得到的废液,属于高浓度有机废水。国内外对沼液的处理工艺进行了研究。治疗方法可概括为:资源性使用技术,自然生态净化技术,工业化加工技术,这些技术一般具有短期的、和大量投资。近年来,关于引入铁 - 碳微电解法来处理耐火厌氧液体的研究很少。必须提高沼液的氨氮去除效果,影响因素和操作参数。本研究采用铁碳微电解法对养猪场沼液进行预处理,探讨了进气模式温度、对沼液中氨氮处理效果的影响,并进行了优化。探讨了组合过程,对工程实践有一定的指导作用。

1材料和方法

铁炭微电解预处理猪沼气池氨氮的研究

1.1实验材料和仪器

活性炭粉(80目筛后活性炭粉)、铁粉(成都金山化学试剂有限公司,分析纯)、预处理活性炭颗粒(重庆茂业化学试剂有限公司,分析纯)、后预处理活性炭颗粒(重庆茂业化学试剂有限公司,分析纯)、预处理铁屑(成都工业大学金属加工实践基地金属废料)、猪场沼液(成都市周边大型养猪场沼气池) ) 水)。实验装置是自制的,如图1所示,数据分析使用Origin 8.0软件进行。

1.2实验方法

1.2.1初步实验

在将沼气浆料带回实验室后,进行通过纱布过滤的生物气浆料样品的水质分析。根据前一阶段进行的等温吸附实验结果,将铁粉、活性炭粉末、铁屑和活性炭颗粒分别浸入养猪场沼液中24 h,达到吸附饱和度,消除影响。微电解反应中的铁和碳吸附。

1.2.2单因素实验

该实验在铁 - 碳微电解反应器中进行。研究了6种单因素铁碳混合材料对养猪场沼液中氨氮去除的影响。初始实验条件:pH值为3;温度控制为(201)°C;反应时间240分钟;铁屑与活性炭颗粒的质量比为1:1;曝气方式(曝气量8 m / mh);反应体系固液比例为10g填料:100mL溶液。在初始条件的基础上,采取100mL沼液来改变各个影响因素的大小。反应完成后,絮凝沉淀??30分钟,取上清液,用Nessler试剂比色法测定氨氮,用玻璃电极法测定pH。 。1.2.3正交试验

在单因素实验的基础上,研究了不同温度条件下、反应时间、铁碳比对铁碳微电解处理效率的影响。采用范围分析方法,找出影响不同温度下铁碳微电解去除氨氮的最重要因素,得到最佳操作条件。根据测试条件使用L9(34)正交表。

2结果与讨论

2.1单因素实验

2.1.1进气模式的影响

每个烧杯的进气方式控制为无,搅拌不通气,水浴振荡器无曝气,曝气,其余条件为初始实验条件。反应后,将混合物絮凝并沉淀30分钟,取上清液以测定氨氮和pH值。

结果表明,搅拌和曝气的方法可以有效提高铁炭微电解去除氨氮的速度,因为废液中的溶解氧增加,铁碳填料与污染物之间的接触增加。废水增加,反应更彻底。曝气期间氨氮的去除率略低于搅拌期间的氨氮去除率。原因可能是通过较大的通气量增强了铁 - 碳微电解,并且NO 2 - 和NO 3 - 或其他形式的氮转化为氨氮。

2.1.2温度的影响

通过水浴振荡器控制每个烧杯的温度为(201)℃,(301)℃,(401)℃,并且剩余条件是初始实验条件。反应后,将混合物在室温下静置,絮凝并沉淀30分钟,取上清液测量氨氮浓度和pH值。随着温度的升高,铁碳微电解法去除氨氮的去除率从13.64%提高到19.1%,去除率提高了近6个百分点。分析的原因可能是铁 - 碳微电解将NO 2 - 和NO 3 - 的氮还原转化为N 2气体,并从废水中溢出。随着温度升高,N2气体在溶液中的溶解度降低,其加速。 N2气体逸出的速率,从而提高氨氮去除率。此外,它对反应后的pH值几乎没有影响,并且在5和6之间。

2.1.3反应时间的影响

将每个烧杯的反应时间依次控制为30,60,90,120,180,240分钟,其余条件为初始实验条件。反应后,将沉淀物絮凝并沉淀30分钟。取上清液测定氨氮浓度和pH值。随着反应时间的增加,铁碳微电解略微提高了氨氮的去除率,180min后生长缓慢。这种现象的增加更接近于7.这种现象的原因可能是:随着反应时间的增加,在溶液中逐渐形成更多的原电池,以便更好地去除;反应时间继续增加,pH值升高,铁屑表面可形成钝化膜。 Fe2 +和Fe3 +大量形成,会产生一定的絮凝沉淀,减少铁屑表面原电池的产生,影响实验中铁碳微电解的去除效率。因此,选择反应时间120min是合理的,可以达到良好的去除效果,防止在铁屑表面形成钝化膜,从而影响原电池的生产,降低去除率。2.1.4不同铁 - 碳粒度组合的影响

控制每个烧杯至样品1(5g碳颗粒+2.5g铁粉+2.5g铁颗粒)、样品2(5g碳颗粒+ 5g铁粉)、样品3(5g调色剂+ 5g铁粉)、样品4(5g碳)粉末+ 5g铁颗粒),其余条件是初始实验条件。反应后,将混合物絮凝并沉淀30分钟,取上清液,测定氨氮浓度和pH值。结果如图5所示。结果表明,对于不同粒径的铁和碳填料的组合,对氨氮去除率的影响很小。其中,氨氮的去除效果最好,去除率??为44.69%。原因可能是活性炭粉末的比表面积大于活性炭颗粒的比表面积。虽然它已被解吸,但仍保留一定的吸附能力。反应后的pH为5至6。

2.1.5沼液初始pH值的影响

将每个烧杯的pH值分别调节至1.5,2,3,4,5,6和7,其余条件为初始实验条件。反应后,将沉淀物静置30分钟,取上清液,测定氨氮浓度和pH值。结果如图6所示。结果表明,pH值对铁 - 碳微电解反应有很大影响。当pH值小于3或大于5时,氨的去除效果不理想,因为过酸会破坏形成的絮状物,酸缺乏会影响铁。碳微电解系统的活性。当pH值为3时,铁 - 碳微电解处理中氨氮的去除率较高,因为在酸性环境中,铁屑的电化学腐蚀过程加剧,原电池数量增加,大大促进了氨氮的去除。

2.1.6不同铁碳质量比的影响

每个反应器中铁屑和活性炭颗粒的质量比分别控制在1:1,1:2,1:3,1:4,2:1,3:1,4:1,其余条件是最初的实验条件。反应后,将混合物絮凝并沉淀30分钟,取上清液测定氨氮浓度和pH值。结果如图7所示。结果表明,当铁与碳的比例为1:1时,氨氮的去除率最高,为34.01%,而其他铁碳比非常差。 ,这只是15%至17%。原因可能是铁。当碳比为1:1时,溶液中由铁和碳形成的原电池的量是合适的,因此足够的Fe 2+和Fe 3+氧化NH 3 -N,并且NO 2 - 和NO 3 - 的过量氮被还原为N 2。一定的平衡,因此氨氮的去除率高于其他铁碳比。可以看出,铁与碳的比例不仅影响产生的原代细胞的量,而且还影响两个阶段之间的反应速率,从而影响铁 - 碳微电解的降解能力。

2.2正交试验

在该实验中,选择了具有3个因子、3的阳性实验。在20℃下,进行总共9个实验方案。结果示于表2和表3中。当温度为(201)℃时,反应条件如下。对于A3、B3、C2,铁与碳的质量比为1:1,pH值为3,反应时间为60分钟。去除效率最佳,氨氮去除率为34.01%。3个结论

(1)通过单因素实验,研究入口模式和搅拌、温度、反应时间、不同粒径组合、pH值、铁碳质量比对铁炭微电解去除氨氮的影响。、的曝气可以有效提高氨氮的去除率。随着温度的升高,铁 - 碳微电解对氨氮的去除率增加。随着时间的增加,铁 - 碳微电解对氨氮的去除率略有增加,180分钟后基本达到平衡;对于不同粒径的铁 - 碳填料组合,对氨氮去除率的影响很小;当pH值为3时,氨氮的去除率明显提高;当铁碳质量比为1:1时,氨氮的去除率最高,去除率为34.01%。

(2)通过正交试验,研究了pH值为、的反应时间。铁碳比对铁碳微电解处理效率的综合影响为、。通过正交试验获得的数据通过范围方法分析。当温度为(201)℃时,铁与碳的质量比为1:1,pH为3,反应时间为60分钟,氨氮的去除效果最佳。 34.01%。

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