电化学法去除电镀废水中高浓度硝酸盐的研究

摘要

电镀过程中会产生大量的有毒有害废水，包括高浓度的硝酸盐废水。硝酸盐由于其全球性与致癌性受到广泛关注，但绝大多数学者对硝酸盐的研究领域集中在地下水中低浓度的硝酸盐污染，对废水中高浓度的硝酸盐污染研究极少。很多方法虽然对低浓度硝酸盐的去除效果较好，但并不适用高浓度硝酸盐废水。电化学技术作为环境友好技术，能高效去除污染物且无二次污染，既可以单独处理也可以结合其他工艺，是处理废水的有效方法。零价铁还原法具有毒性低、材料廉价易得、反应速度快、易操作等优点，能有效去除废水中的多种污染物而备受关注。
　　本文以高浓度硝酸盐模拟废水为研究对象，首先以铜为阴极，钛为阳极组成的电化学系统对其进行去除，其次结合活泼金属还原法，加入铁粉做成电化学强化还原系统,可以高效去除硝酸盐且产生较少的副产物，更多地转化为氮气等含氮气体从而使水中的总氮降低。主要的研究内容如下：
　　探索单独使用电化学技术对高浓度硝酸盐模拟废水（NO3--N1000mg/L）的去除效果，考察了pH、电流密度、电压强度、反应时间、搅拌强度、处理水量和氯离子浓度等因素对硝酸盐的去除影响。实验表明，电流密度、电压强度、反应时间和处理水量对硝酸盐的还原效果影响较大，一定的搅拌强度可以促进传质过程，氯离子浓度是控制副产物氨氮生成的重要因素，pH在反应系统中作用不大。
　　结合铁还原法和电化学法去除模拟废水中高浓度硝酸盐，采用响应面（RSM）的Box-Behnken功能进行优化实验设计，并对结果进行数学建模。通过考察零价铁质量、电压强度、pH和氯离子浓度四因素分别在低、中、高三个水平上对硝酸盐的去除效果进行了中心复合设计，通过建立数学模型了解影响因素与去除效率之间的关系。结果表明设置电压强度13V，pH为1，极板距离1.2cm，0.5g还原铁粉，氯离子浓度3000mg/L，搅拌强度450rad/min，电解60min后，硝酸盐的去除率达到84.04％，总氮去除率81.37%。可见本反应系统可有效去除电镀废水中高浓度硝酸盐。
　　这些研究结果表明，电化学法可以有效还原高浓度硝酸盐，结合零价铁还原法对硝酸盐的还原和总氮的去除效果更好。这些研究为电镀废水中高浓度硝酸盐废水的处理提供了初步的思路，有一定的推动作用。

目录

第一章 绪 论

1.1电镀废水的来源、性质以及危害

1.2电镀废水中硝酸盐的污染概述

1.3废水中硝酸盐处理技术的研究进展

1.4电化学技术在废水处理中的研究进展

1.5本论文的选题思路

第二章 实验方法

2.1实验药品

2.2实验仪器

2.3实验材料

2.4实验装置

2.5分析方法

第三章 单因素实验结果与讨论

3.1电流密度对阴极还原效果的影响

3.2电压强度对阴极还原效果的影响

3.3电解时间对阴极催化还原效果的影响

3.4初始氯离子浓度对阴极还原效果的影响

3.5搅拌强度对阴极催化还原效果的影响

3.6处理水量对阴极催化还原效果的影响

3.7初始pH对阴极催化还原效果的影响

3.8本章小结

第四章 响应面法研究电化学法和还原铁粉对高浓度硝酸盐的复合影响

4.1响应面法概述

4.2材料与方法

4.3铁粉单独还原硝酸盐效果

4.4响应面法优化反应条件

4.5实验结果与讨论

4.6反应原理

4.7本章小结

结论与建议

结论

建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

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致谢