电化学电解—TiO2光催化处理工业循环冷却水的研究

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工业循环冷却水在循环系统中不断浓缩,导致水体富营养化,引起系统的结垢、腐蚀、微生物黏泥三大严重问题,将降低冷却水系统的换热效率和使用寿命,因此,亟需采用高效的水处理法解决冷却水系统的三大严重问题。光催化水处理法和电化学水处理法,水处理条件温和、能耗低、无二次污染,且高效,因此受到广泛关注和研究。本文重点研究电化学法对循环冷却水处理的综合性能,并首次将光催化法与电化学法进行联合,简称“光/电法”,研究光/电法对循环冷却水中氨氮的降解效果。  首先,设计一种电解水处理设备,分别选用不锈钢板和表面有钌铱涂层的钛板作为电解阴极和阳极。采用电化学法去除冷却水中的钙离子、降解COD、杀菌,并研究阴极表面垢的自清洗办法。另外,对水处理影响因素进行研究和优化,如电流密度、水处理时间、NaCl浓度。结果表明:电化学法能够有效去除冷却水中的Ca2+,降解COD和杀菌,具有良好的综合水处理性能;采用“切换电极,反向通电”的方式可清除阴极表面垢,恢复电极性能;当电流密度为10.7 mA/cm2时,经15min电解处理后,循环冷却水中的杀菌率达到99.99%,Ca2+去除率为52.6%,COD降解率为50.8%。  其次,采用光/电法降解循环冷却水中的氨氮。研究光催化法与电化学法在水处理过程中的协同作用。监测电流密度、pH值、氯离子浓度等对氨氮降解效果的影响。结果表明:光/电法在氨氮降解过程中存在协同作用,其氨氮去除率在光催化法和电化学法的基础上有大幅提升;水处理过程产生的强氧化活性中间产物HClO,ClO-是光/电协同作用的主导因素;酸性条件和较大的电流密度能够提高光/电法的氨氮去除率,当pH值为5,电流密度为10 mA/cm2时,经90min处理后,氨氮去除率达到95%,N2占总氨氮降解产物的84.2%。  最后,研究光/电法对刚果红和高氨氮浓度的垃圾渗滤液的降解效果。结果表明:光/电法对刚果红的降解效果明显,电流密度为10 mA/cm2,经25min光电处理后,刚果红含量由30 mg/L下降到了0.5 mg/L。另外,延长水处理时间、增大电流密度可以提高光/电法对高浓度氨氮的降解率。当电流密度为36mA/cm2,水处理时间为240min时,氨氮含量由初始浓度489mg/L降低到11mg/L,去除率高达97.8%。结果表明,光/电法具有良好的水处理性能,高效、环保、实用性强,值得研究推广。
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