冷却循环水系统中采用阴阳极协同作用对有机磷阻垢剂中的磷富集回收

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目前,冷却循环水的结垢问题,仍然是冷却循环水系统中的主要问题。冷却循环水系统中的结垢对冷却循环水系统的危害较大。有机磷阻垢剂被广泛应用于循环冷却水系统中,然而此类含磷化合物不容易被普通的生化法快速处理掉,从而被直接或间接的排放。因此会造成水体中的磷浓度升高导致水体富营养化。为有效的解决防垢、除垢的过程中造成磷污染,本文通过利用电化学技术,对水中的有机磷进行富集进而能够达到回收的效果。通过采用电化学阴-阳极协同作用,在阳极对有机磷进行氧化,将有机磷氧化为磷磷酸盐。通过阴极局部区域内高pH的条件将磷酸盐与钙发生反应形成磷酸钙沉淀。阳极采用氧化效果较好的BDD电极,采用纯钛网作为阴极。通过考察不同条件对磷酸钙富集情况的影响,从而确定最优条件。首先对阳极氧化有机磷的条件进行了考察,通过电化学工作站CV检测得出,BDD电极氧化有机磷均为间接氧化,并未在阳极表面发生直接氧化。接下来对不同电流密度条件下检测有无机磷浓度、TOC、TIC、铵态氮浓度和硝态氮浓度考察电流密度对氧化能力的影响。实验结果显示:铵态氮的浓度并没有发生明显的变化,硝态氮的浓度随着电流密度增加,最终反映浓度也随之递增。TOC、TIC同样显现出相同的规律,随着电流密度的增加阳极氧化能力随之增强,但电流密度从20 mA/cm2增加到30 mA/cm2时,氧化能力增加的并不明显。综合考虑电流密度为20 mA/cm2时为最优氧化电流密度,同时也是阴极富集磷的最优电流密度。通过改变初始pH考察对磷富集效果的影响,结果显示初始pH对磷富集不存在影响。采用无机磷源及不同种类的有机磷源进行实验,结果显示均未产生较为明显的影响。当溶液中钙的初始浓度不同时,溶液中总磷的去除率出现较为明显的变化。在反应体系中加入干扰离子后也对总磷的去除率产生影响。不含镁的情况下,磷的去除率分别为81%(EDTMP)和82%(KH2PO4),钙的去除率分别为34%(EDTMP)和39%(KH2PO4)。而含有镁的情况下,磷的去除率分别为49%(EDTMP)和47%(KH2PO4),钙的去除率分别为22%(EDTMP)和18%(KH2PO4)。未加入碳酸根离子的反应体系中,磷的磷的最终去除率为81%(EDTMP)和82%(KH2PO4),而加入碳酸根离子的反应体系中,磷的最终去除率为42%(EDTMP)和38%(KH2PO4)。根据物化检测结果显示,不同条件下阴极表面产生的沉淀物为磷酸钙、碳酸钙及氢氧化镁。上述研究可以发现,阳极的氧化能力对于阴极富集磷也存在影响作用,因为有机磷被氧化为无机磷的速率决定着无机磷被富集的速率。因此对不同的氧化体系进行了考察—DSA阳极与电芬顿体系相结合。首先考察的是不同电流分配情况对氧化能力的影响,通过检测TOC、TIC、硝态氮及铵态氮的浓度变化,验证不同电流分配情况下的氧化能力。实验结果显示电流分配在20-5 mA/cm2(钛网阴极-石墨碳毡阴极)的条件下为最优电流分配条件。继续对钛网阴极富集磷的能力在不同条件下进行考察,在20-5 mA/cm2电流分配情况下反应时间为30 min时浓度为最高(1.1 mg/L)之后浓度开始下降,其他电流分配情况在反应30 min时分别为0.7 mg/L(25-0 mA/cm2)、0.6 mg/L(15-10mA/cm2)、0.8 mg/L(0-25mA/cm2)。在25-0 mA/cm2电流分配情况下,钙的去除率为30%为最优电流条件。通过考察不同初始浓度的钙对总磷的去除的影响得出,钙浓度为25 mg/L时,总磷的去除率明显低于钙浓度为50、100 mg/L。并且钙浓度为50 mg/L和100 mg/L,总磷的去除率基本相同。另外溶液中加入的Fe2+待反应结束后,溶液中未检测到任何Fe的存在。
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