海水淡化厂卤水硝酸盐还原膜电解法外文翻译资料

海水淡化厂卤水硝酸盐还原膜电解法

原文作者：M.L.Bosko，M.A.S. Rodrigues b，Jane Z.Ferreira c，E.E.Miroacute;a，A.M. Bernardes

摘要：电渗析法处理膜水脱盐过程中产生的盐水废水反渗透（RO）是世界范围内日益严重的问题，尤其是内陆脱盐问题苦咸水。电解可以通过减少对卤水脱硝的替代硝酸盐到所需的产品（N₂）。然而，在成对的电解槽中，还原产物可以通过反作用在阳极中重新氧化，例如，亚硝酸盐可以再次转化为硝酸盐。膜电解可以避免这些反应。本研究的目的是评估疗效。膜电解技术在水中硝酸盐还原中的应用。实验在一个由阳离子交换隔开的两个隔间的电化学电池中进行。膜，阴极由铜和氧化钛和氧化钌的阳极制成。（70TiO₂/30RuO₂）。亚硝酸盐、铵态氮和含氮气体（大部分为N₂）是反应产品.电池电压为9V，初始浓度为526毫克/升时达到最佳值。在这些条件下，高转化为亚硝酸盐和气态化合物，仅形成7.8毫克/升的铵态氮。

关键词：膜电解 ；硝酸盐还原；电渗析

1. 介绍

当今世界，避免空气、土壤和水污染成为一个重大的挑战。氮化合物是一些主要的化合物污染物；它们本质上是由人类活动引起的，包括农业、动物加工业、车辆和废物处理。

应研究替代过程以满足新的环境和技术要求，可以使用不同的技术来降低浓度。饮用水中的硝酸盐，如生物脱氮，离子交换，反渗透和电渗析^[1,2]。

常规脱氮处理工业废水是生物处理，然而，受温度和有机负荷的影响很大。为了去除地下水中的氮化合物采用生物处理法，因为这些水域中的有机物质^[2]浓度低，所以加入含碳化合物是必需的。因此，对于自然水域生物反硝化作用必须随着甲醇或乙醇。

其他技术已被用于减少硝酸盐的评价。在水中浓缩，如离子交换带有强阴离子树脂与NaCl再生。不幸的是，这个过程不是只在水中加入氯化物，但也不能去除其他物质。阳离子形式下的溶解固体^[1]。

在硝酸盐和亚硝酸盐的替代品中饮用水，催化加氢一直是人们关注的焦点。过去十年中的许多研究。然而，这方法除了需要的反应外，还必须改进。将污染物转化为氮，不需要的氨生产^[3,4]。

在这样的背景下，应用膜分离过程—剂，即反渗透（RO）、电渗析（ED），似乎是有效的替代品。这些过程去除其他离子。除了硝酸盐，钠的含量也会降低，氯离子、硬度、等高盐度的水域，这代表—提出了在处理水^[5]质量大提高。

大膜反渗透的典型实例海水淡化厂是330000米3天/天的工厂。Ashkelon、以色列；136000m³/天大士海水淡化在新加坡的工厂；64000m³/天LarNaka DesaliNation Facil—在塞浦路斯，大部分的大型海水淡化厂在西班牙、澳大利亚和中东^[6]。为了淡化咸水，ED最近被证明是可行的和高度的成功^[7]。

电渗析比反渗透对膜污染和结垢敏感小。因此，可以获得更高的回收率。实现和盐水处理问题可以最小化。咸水来自深威尔斯的水域通常浓度很高。二价离子这些原始的水域很难淡化反未经显著预处理的渗透。电渗析如同以往，它们没有问题，可以用最少的或没有预处理。即使在某些情况下，电渗析需要投资和运营成本高于低压反转渗透，它往往是在苦咸水desali优选工艺—国家由于技术优势明显^[8]。此外，ED通常是相对来说最经济的水处理。低盐浓度（小于5000毫克/升）。此外，当应用于苦咸水淡化，很大一部分—典型的80-95%的微咸饲料回收作为产品。盐水中的不溶盐^[9]降水的恢复程度受降水量的限制。

电渗析近年来取得了很大的发展。水脱氮这个过程在水净化是非常重要的一步。GE（通用电气）公司目前已安装了经过处理的水。电渗析约950000m³/天的容量。目前，一些在美国，如奥克拉荷马，亚利桑那州地区，萨福克郡（VirgiNia），德克萨斯和圣地亚哥，以及欧洲的城市和地区，例如巴塞罗那和西班牙的加那利群岛，和唐宁顿在英国使用ED技术治疗微咸水和地下水用于饮用水供应^[11-13]。西班牙是其中之一。欧洲最干旱的国家并实施了战略苦咸水淡化。2009，这一努力导致一个反向电渗析装置（EDR）巴塞罗那附近，由AIGuES在巴塞罗那公司操作（ATLL）。ATLL有饮用水处理厂，位于Abrera，吸引直接从巴塞罗那河水。已安装的工厂电渗析处理220000m³/天的水。它工作起来用常规处理装置。产品的脱盐EDR植物混合的常规治疗产品为饮用而产生适当的结合流的工厂该地区的用水需求。该过程以流量为单位。2.4立方米每秒，水回收率为85-90%和60-80%CON组—水^[12,13]系数降低。

最近许多电渗析装置被安装为去除饮用水中的硝酸盐。在以色列的一个地区为了降低硝酸盐的含量，安装了锗^[14]的植物。盐含量从100毫克/升到45毫克/升，水回收率为94%。在加津佐，日本已实施减少硝酸盐的技术。从百慕大群岛的80毫克/升到27毫克/升。在日本长崎硝酸盐浓度^[14,1]86%，阿斯顿公司已经安装了一个电渗析装置来去除硝酸盐和生产饮用水^[15]。

一些作者评价了电渗析过程。反渗透法去除饮用水中硝酸盐工艺参数和应用条件术语^[16-23]。baNasiak展示过程中硝酸盐的去除能力苦咸水。然而，这些作者强调了这些方法的主要缺点是不确定硝酸盐浓卤水的去向。

管理期间产生的高盐精矿膜蒸馏海水淡化是一个主要问题。内陆苦咸水淡化盐水废水已经通常被认为是废盐水和传统的方法。处置包括蒸发池，深威尔斯和沿海放电^[24]。反渗透浓缩液的传统管理海水淡化厂的主要条件是植物。在沿海海水淡化厂中，RO浓缩液是直接排放到海水中，而内陆植物则是传统的，选项包括减少精矿体积之前处置^[25]。将电渗析应用于盐水废水是正在由不同作者研究的新兴技术^[25-27]。然而，在后一种情况下，将永远存在要处理的盐水。

几位作者最近评估了的ED和RO卤水处理。张作者等^[28]进行了研究中试装置的系统研究高浓度反渗透（RO）浓缩液的处理污水处理厂（污水处理厂）的潜力提高系统的整体水回收率。高总污水处理系统的回收率（95%）可以从综合ro-ed系统；然而，更重要的问题是残留浓缩液仍残留。其他作者分析了电渗析双极膜的使用（中）从RO海水精矿中生产酸和碱^[29]。在这些情况下，混合酸（盐酸，H₂）和基地（NaOH，KOH等）生产，后处理是必要的。卤水的生物脱氮由不同作者研究^[30]另一种选择分离。然而，为了被发送进入生物治疗单位，一些基本要求必须完成后，出水水质应与生物处理单元进水，即不同阳离子和阴离子，pH值，有机物的生物降解性化合物^[28]。

在过去的几十年里电化学出现了。废水处理技术特殊优势电化学处理包括高效率、环境友好—运行条件，设备体积小，最小的油泥生成快速启动^[31]。

需要指出的是，减少的产品可能是通过反向反应在阳极中重新氧化；例如亚硝酸盐可再次转化为硝酸盐^[33]。一个可行的选择减少这些过程可能是膜电解技术。在这些系统中，反应发生在存在中电场和交换膜被用于单独的电极室，从而阻碍迁移—的产品，避免氧化反应（可逆反应）。

最后，氮化合物的稳定性和形成将取决于系统的热力学条件。这些反应是热的动态可能的或不可能的，可以预测的Pourbaix atla^[32]在平衡图（潜在—在几种化合物的稀水溶液中表现出来。计算这些方法的方法是基于“化学势”与“亲和”思想与方便总结了大多数的化学和电化学平衡法。通常的平衡势概念是广义的，并提供了一个所有类型电化学反应^[34]有用的标准的方向。

本研究的目的是评估的疗效膜电解技术在硝酸盐还原中的应用水。我们的工作集中在集中废物的处理上。可用于处理废水的水流电渗析（RO）和反渗透（RO）。为此目的，使用阳离子交换膜和铜阴极。细胞电压和初始浓度的变化是为了研究他们对这一过程的影响，这反过来将有助于更好地理解离子色谱法盐含量测定这个过程并选择合适的反应条件。

2实验

2.1电化学电池

所有实验均在电化学电池中进行。由阳离子交换膜隔开的两个隔间–IONAC MC 3470（由制造商提供）与表面面积16平方厘米。这个阳离子膜的厚度为0.4毫米，带有化学物质。pH值范围在0-11之间的稳定性。对于氯化钠溶液，选择性注册比例等于96（0.51N，电阻分别为15和6瓦特/平方厘米针对于0.1和1N）。

阴极由铜制成，阳极得到。钛和氧化钌涂层钛（70Tio 30Ruo₂ / 2）。铂线放置在每一侧测量阳离子电位差的膜—交换膜。LuggiN毛细管饱和甘汞电极电极被放置在阴极电极旁边，允许电位差寄存器。在所有实验中，1 L硝酸盐溶液放置在阴极室中，而阳极室用硫酸钠溶液填充。保持系统电导率。每个容器都是—连接至泵循环的解决方案。

硝酸盐浓度的参数是基于地下水浓度的真实数据。在以色列Safaria，水有100毫克/升的NO₃^-[14]。加津佐市日本，在供水中硝酸盐含量高达80毫克/升^[12]。在松山农场，距离爱丽斯泉澳大利亚140公里。水中硝酸盐含量为31毫克/升^[35]。

采用ED措施后，约90%的处理过的水达到人类消费的允许水平，但剩余的水平10%高硝酸盐浓度，远远高于原来的。这些水平取决于水回收率、再循环系数、初始浓度提取百分率等因素。当Kleylehof厂（奥地利）的ED开始运行，调整电压为硝酸盐。根据要求委托人去除到40毫克/升的NO₃^-。对于这种情况，在盐水溪流NO₃^-达到了^[36]889毫克/升。两种天然水体的ED处理法国南部被硝酸盐污染，提取水1和2分别为70%和90%。但他们的浓缩排放显示富集因子高达15和16次^[37]。维希涅夫斯基等人^[30]研究了硝酸盐浓度从470到2365毫克NO₃^-/L，并认为这些浓度是接近于在植物中获得的用于去除硝酸盐的浓缩物。晶晶等人^[38]研究了电能的技术能力—硝酸盐去除透析和电去离子。通过电渗析实验，他们减少硝酸盐的浓度从443毫克/升到9毫克/升，而根据该工艺将废盐水浓缩到2037毫克/升。通过上述浓度的分析比较，我们决定高度评价膜效率的硝酸盐浓度电解技术。

2.2极化曲线

目前–电压曲线（CVC）获得了经典二室单元的静态模式。电流采用直流电源为120 s的180秒无电流间隔。曲线通过与应用相对应的电位测量获得的电流。此外，溶液中的PH值和电导率在监测舱，这些是在重复一式三份测试之后，结果是可重复的。

2.3膜电解实验

应用A在7～13V之间选择恒定的细胞电位。在室温下进行了24小时的循环模式批处理试验。这项研究是在两个—隔间膜电解池。定期采集样品和pH值。

用离子法测定硝酸盐、亚硝酸盐和铵离子用DioNex ICS 3000仪器色谱，用电导检测器采用柱IONPac AS22 cs12a和对于阳离子和阴离子分别的再现性用典型样品对分析方法进行了评价。它的平均值等于184.607毫克/升的NO₃^-，一个标准的plusmn;3.35毫克/升的偏差和95%置信区间181.78-187.44毫克/升。

硝酸盐还原总量为硝酸盐总量。不同反应时间消耗的初始硝酸盐浓度，亚硝酸盐和铵的转化被定义为产生的亚硝酸盐或铵的量，分别除以硝酸盐的初始浓度。这个从理论上估算转化为气态化合物。从硝酸盐总量减少和转换对亚硝酸盐以这些品种为主要产品的铵态氮。结果表现为硝酸盐总量的减少（R还原）。

3.结果与讨论

3.1极化曲线

极化曲线数据与电化学图^[32]允许我们定义适当的范围开始膜电解研究的潜力。这些图是考虑正常氢的。电势，标准压力，温度和初始气体—10华丽的氮浓度6米这些图形显示主要溶解物和气态化合物及其域边界。其他不稳定的化合物，如N₂O和没有显示。为了我们的目的，所需的还原产品是氮气，它可以形成在低阴极电位。

阴极电流密度电流的演化对于本文所研究的系统，如图4a所示。开始研究，考虑前面的讨论，潜力选择范围从0.3到0.7 V h，对应于1.25～2.54毫安／m ²单元上的电流密度区。

最后，对极化现象进行了分析，膜可能会影响过程的效率。当发生这种情况时，所施加的电流超过了极限值，在MEM

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