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1、洛 阳 理 工 学 院毕 业 设 计（论 文） 题目 电化学法去除生活污水中磷的试验研究姓 名 秦 茹系 （部）环境工程与化学系专 业 环 境 工 程指导教师 吴 长 航2013 年 6 月 2 日电化学法去除生活污水中磷的试验研究摘要现阶段水体富营养化现象日趋严重，人们为保护生态环境而迫切寻找操作简单、无二次污染、可持续性强的污水除磷方法。电化学法应运而生，它因满足人们的要求而得到广泛的应用。本实验以铁板为阳极、铜板为阴极进行静态试验。本论文探究了电化学法除磷的反应条件，从电解时间、电流密度、极板间距的角度论述了各个影响因素对磷的去除效果的影响。 从实验结果看出：电流密度和电解时间对磷的去除
2、起着至关重要的作用。在一定范围内，电流密度越大，电解时间越长，磷的去除率越高。但电流密度过大，会导致能耗的增加；同样，电解时间过长，极板钝化，影响去除效率。过大或过小的极板间距都会降低磷的去除效果。本实验中最佳电流密度为3mA/cm2，最佳电解时间为7-10min，极板间距为3cm时，去除率达到96.63%，磷的出水含量为0.134mg/L（进水含量3.973mg/L），低于GB-18918“城镇污水处理厂污染物排放标准”中一级标准A标准的上限0.5mg/L。关键词：电化学法，除磷，污水处理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 peoples 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 variou
5、s 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. However, t
6、he 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, best e
7、lectrolysis 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.Keywords: electroche
8、mical method, phosphorus, sewage treatment 目 录前 言1第1章 概述31.1 水体富营养化31.1.1 水体富营养化危害31.1.2磷的来源和种类41.2 除磷的主要方法及优缺点41.3 电化学法去除磷的基本原理81.4 电化学法较传统方法的优势8第2章 实验材料与方法102.1 实验试剂102.2实验设备与装置112.3实验方法132.3.1磷的标准曲线的绘制132.3.2过硫酸钾消解法132.4 实验流程132.4.1电流密度对除磷效果的研究132.4.2 极板间距对除磷效果的研究142.4.3 最佳工况下对除磷效果的研究14第3章 结果与讨论1
9、53.1 电流密度的影响153.2极板间距的影响153.3 电解时间的影响163.4 最佳工况下磷的去除效果16结论18谢 辞19参考文献20外文资料翻译22前 言我国平均河川年径流总量为26600多亿m3,占世界第5位。而人均占有的水量却只相当于世界人均占有河川年径流量的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一1。然而水资源“取之不尽，用之不竭”的传统观念使人们缺乏节水意识，造成了水资源的严重浪费。随着国民经济的快速增长，工业水平的迅猛提高，城市污水的大量排放，致使水环境恶化，生态环境遭到破坏，加剧了水资源紧张的矛盾。合理开发利用水资源，保护生态环境，维护人与自然和谐发展，已成为21世纪人类
10、的共同使命。水资源的污染主要来源于工业排放的废水、城市生活污水和农业化肥、农药等。从1998年起，我国水资源污染的主要部分由原来的工业废水变为城市生活污水，大部分未经处理或未达标的生活污水直接排放，以及农业化肥、农药的低效利用，使大量的营养物质流入江河湖海中2。水体中的氮、磷含量过多就可能引起富营养化现象。水体富营养化会引起藻类及其他浮游生物大量繁殖，水体中溶解氧含量下降，水质恶化，以致影响鱼虾等生物的生存3。利贝格最小定律4指出，外界供给生物生长所需营养物质中含量最少的一种决定了植物的生长。在藻类分子式中所占重量百分比最小的元素是磷。因此磷是富营养化的最小限制因素，据调查结果显示，80%的湖
11、库富营养化是受到磷源的影响5。因此为了控制水体富营养化，去除生活污水中的磷更具有现实意义。在天然水和废水中，磷主要以磷酸盐的形式存在，分别为正磷酸盐、有机结合的磷（磷脂等）和缩合磷酸盐（焦磷酸盐、多磷酸盐和偏磷酸盐)。目前除磷的方法主要有化学凝聚法、吸附法、离子交换法、A/O工艺、A/A/O工艺、SBR（序批式反应器）工艺等，但是以上方法在技术和经济上存在不少问题，在以后的论文中会详加讨论。鉴于电化学法处理污水具有设备简单、不产生二次污染、效率高的优点，本论文采用电化学法去除污水中的磷。 电化学法是通过铁电极在电流作用下释放铁离子产生氢氧化铁絮凝物，经过吸附、离子交换等作用去除水中污染物，因此
12、也叫做电絮凝法。研究表明，电絮凝过程中产生的氢氧化物絮凝体对水中的磷有较好的吸附性能。本实验以模拟的生活污水为研究对象，采用电絮凝工艺去除废水中的磷，研究不同电流密度、极板间距、电流时间对磷的去除效果的影响。最早提出利用电化学法处理废水是在20世纪40年代，但由于当时缺乏电力，成本较高，电化学法发展缓慢。其后随着传质理论、电力工业和材料科学的发展，电化学法开始平稳发展。1969年，Backnurest等人提出了流化床电极(Fluid Bed Electrode，简称FBE)的概念。该电极有呈立体构型，比表面积是平板电极的几十倍甚至更多，电解液在孔道内流动，增加了电解液和极板的接触面积，使电解反
13、应器内的传质过程得到改善。1973年，M.Fleischmamm F.Goodridge等人成功研发了复极性固定床电极(Biopolar Packed Bed Electrode，简称BPBE)。电解槽内电极材料在高梯度电场的作用下复极化，形成复极力子，每一个颗粒都相当于一个电解池，分别在小颗粒的两端发生氧化还原反应。整个电解池就相当于无数个小型电解池串联而成，电解效率成倍的提高。到80年代以后，电化学法因为其独特的优越性而快速发展。近年来电化学理论逐步完善，使得利用电化学法处理废水越来越普及。第1章 概述1.1 水体富营养化 水体富营养化是指在人类活动的影响下,生物所需的氮、磷等营养物质大量
14、进入湖泊、江河、海湾等缓流水体，而引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体，大量消耗水体中溶解氧，使水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然情况下水体达到富营养的状态是非常缓慢的。但人为排放含营养物质的工业废水和生活污水则可以在较短时间内引起水体的富营养化。水体富营养化现象出现后，浮游生物大量增殖，因浮游藻类的颜色不尽相同，水面往往呈现不同的颜色。这种现象出现在江河湖泊被称为“水华”，在海洋中出现则叫做“赤潮”。1.1.1 水体富营养化危害 富营养化中的藻类以蓝藻、绿藻、硅藻为主。由蓝藻形成的水华往往有剧毒，家禽或鱼类饮用这种水后不到一个小时就会中毒死亡。当藻类在冬季大量死亡的时候，水中的B
15、OD值猛增导致环境卫生恶化，危害水产业。水体富营养化严重影响了人类的日常生活,其主要表现在一下几个方面：(1)加速生态环境的破坏和退化,危害人类健康 水体富营养化除了对水体中的水生生物造成危害以外,还对水体周围生态环境造成影响。水体散发臭气，水中的藻类分泌、释放有毒物质，有毒物质进入水体后，若被人或牲畜饮用，则可致病加速人畜的死亡。(2) 影响渔业生产的产量和质量渔业生产的产量和质量与水质紧密相关。富营养化水体中的浮游生物迅速繁殖，消耗了水体中大量的溶解氧，影响了鱼虾的生长。并且藻类释放的有毒物质还会在鱼类体内积累，大大降低了他们的食用价值。 (3)水质恶化,增加处理难度和经济成本,制约工业发展 供水水源处于富营养化的状态时，影响水厂的正常运行，增加给水费用，降低处理效果。水体中的有毒有害气体，给水体增加技术难度，加大了处理成本。很多工业(纺织、食品、造纸、电镀等）需要利用水作原料或洗涤产品和直接参加产品加工过程，恶化的水质会直接影响产品质量。水质差的冷却水还会造成冷却水循环系统的堵塞、腐蚀和结垢。1.
