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金属颗粒强化的硝酸盐电化学处理技术研究

作　者: 黄薇薇
导　师: 冯传平
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 环境科学与工程
关键词: 电化学技术硝酸盐还原氨氮氧化极化电极能耗
分类号: X523
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

地下水是自然水文循环的重要组成部分，也是人类的一种重要饮用水来源。近年来，随着工农业生产的迅速发展，大量含氮化肥的使用、生活污水和工业废水的不达标排放以及固体废弃物的淋滤下渗等导致地下水遭受到了严重的硝酸盐污染。长期饮用高含硝酸盐氮的地下水将对人体健康产生严重的危害，因此，必须对其进行处理，以保证供水安全。与传统的物理化学以及生物处理技术相比，硝酸盐电化学处理技术具有效率高、投资成本低、操作简便、环境友好等优势。然而，目前电化学技术存在能耗高、电流效率低以及极板易钝化等问题，难以满足大规模的实际应用。因此，优化和改良传统的电化学体系，提高其性能并降低运行成本是十分必要的。本研究的主要目的为建立一个金属颗粒强化的硝酸盐电化学还原系统（强化电化学系统），并将其应用于去除地下水中的硝酸盐。通过研究不同极化金属材质的添加对硝酸盐电化学系统反应性能的影响，实验最终筛选出了具有无毒、高效以及价廉易得等特点的金属铁颗粒。实验证明，相比于常规的硝酸盐电化学还原体系，该强化电化学系统具有高效、低耗等优势。在实验所建立的极化铁颗粒强化的硝酸盐电化学还原系统中，阳极材料为Ti/IrO2-Pt，阴极材料为Cu-Zn合金。通过采用模拟地下水，研究了该系统对硝酸盐的去除效果以及反应机理。研究结果表明，在电流密度为5~30mA/cm2的范围内，该强化电化学系统的硝酸盐去除效率比常规电化学系统高6.7%~17.7%，而其能耗低于常规电化学系统29.4%~34.8%。氯化钠的添加对氨氮以及亚硝酸盐等副产物的去除起到了重要的作用。氯化钠存在的条件下，反应过程中未检测出亚硝酸盐氮的积累。经过100min的电解，溶液中总铁离子浓度低于0.25mg/L，该值低于世界卫生组织推荐的饮用水标准（0.3mg/L），因此出水无需后续处理。该强化电化学系统具有高效率、低耗能、适用于多种pH值条件等优点，是一种行之有效的硝酸盐去除方法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-23
  1.1 地下水中硝酸盐的污染现状与原因  10-12
    1.1.1 地下水中硝酸盐的污染现状  10-11
    1.1.2 地下水中硝酸盐污染的原因与危害  11-12
  1.2 地下水中硝酸盐的主要处理技术  12-20
    1.2.1 常规方法  13-18
      1.2.1.1 物理处理技术  13-14
      1.2.1.2 化学处理技术  14-15
      1.2.1.3 生物处理技术  15-18
    1.2.2 电化学处理技术  18-20
  1.3 研究目的、内容与创新点  20-21
    1.3.1 选题目的  20
    1.3.2 研究内容  20-21
    1.3.3 研究创新点  21
  1.4 技术路线  21-23
第二章强化电化学系统的建立  23-31
  2.1 引言  23
  2.2 实验方法与材料  23-26
    2.2.1 实验装置  23-24
    2.2.2 实验材料  24
    2.2.3 仪器设备  24-25
    2.2.4 实验方法  25
    2.2.5 分析方法  25-26
  2.3 结果与讨论  26-30
    2.3.1 金属颗粒填充材料的遴选  26-29
      2.3.1.1 铁颗粒的影响  28
      2.3.1.2 不锈钢颗粒的影响  28
      2.3.1.3 铜颗粒的影响  28-29
    2.3.2 金属颗粒的钝化  29-30
  2.4 小结  30-31
第三章电化学还原系统性能影响因素研究  31-45
  3.1 引言  31
  3.2 实验方法与材料  31-33
    3.2.1 实验装置  31-32
    3.2.2 实验材料  32
    3.2.3 仪器设备  32
    3.2.4 实验方法  32-33
    3.2.5 分析方法  33
  3.3 结果与讨论  33-43
    3.3.1 常规硝酸盐电化学还原体系（对照实验）  33-35
    3.3.2 极化铁颗粒强化的硝酸盐电化学还原系统  35-42
      3.3.2.1 电流密度对硝酸盐去除的影响  35-37
      3.3.2.2 NaCl 浓度对硝酸盐去除的影响  37-41
      3.3.2.3 pH 值条件对硝酸盐去除的影响  41-42
    3.3.3 分析讨论  42-43
  3.4 小结  43-45
第四章结论与建议  45-47
  4.1 结论  45-46
  4.2 建议  46-47
致谢  47-48
参考文献  48-54
个人简历  54-55

金属颗粒强化的硝酸盐电化学处理技术研究

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