极化水装置作用

❶ 磁化效应的应用

磁化技术在水处理中的应用
水经过一定强度的磁场，就成为“磁化水”。目前研究表明水磁化后会产生物理化学性质的变化，其中的机理尚不能肯定。一些学者认为磁场会破坏水原来的结构，使原来较大的缔合水分子集团变成较小的缔合水分子集团，甚至是单个分子。而且分子中的氢键也会有部分因为洛仑兹力的作用下正负离子反方向旋转而断裂（1）。所以磁化后的水会表现出一些性质的变化，如：pH值、密度、挥发性、溶解性、表面张力、电导率、沸点、冰点都有不同的改变，这种改变和所加的磁场大小有密切的关系（2）。磁化水因为其特殊的性质已经被广泛的应用到工程。
早在十三世纪，人们已经注意到磁化水的医疗作用。1945年比利时韦梅朗应用磁化水减少锅垢获得成功并申请了专利。该技术由于装置简单，不需要任何化学试剂而被美国、日本和前苏联广泛应用并得到发展。我国的磁化水研究开始于六十年代初，以前由于化学法水质稳定剂技术的迅速发展，使得磁水器应用推广较慢。现在这一技术又重新获得重视。应用对象已经涉及到建材、化工、冶金、农业、医学等各个领域。在工业锅炉的除垢防垢、油田的防蜡降粘等方面、医学上的磁疗等领域中的应用取得了一定的成果。近年来，如何将磁化效应与环境污染治理技术结合起来，提高污水的处理效果已逐渐引起人们的兴趣。
磁化对水性质的影响机理的几个假设和推论
磁化只是单纯的物理过程，不是软化过程。一般认为水系统进行磁处理主要是加快了溶液内部的结晶作用，从而使盐类在受热面上的直接结晶和坚硬沉积大大减少,起到防垢的作用。研究表明,磁场的阻垢效果同磁场强度、溶液过饱和度、流速及溶液中各种离子等均有密切的关系（4）。另外，还有一种说法认为磁处理改变了水本身的结构，从而改变了一些性状。从这两方面同时考虑，主要有以下的几个假设和推断（5）。
（1）洛仑兹力作用
水与磁流的相互移动，能够产生感应电流，在洛仑兹力的作用下，弱极性的水分子和其他杂质的带电离子作反向运动。该过程中，正负离子或颗粒相互碰撞形成一定数量的“离子缔合体”，这种缔合体具有足够的稳定性，在水中形成了大量的结晶核心，以这些晶体为核心的悬浮颗粒可以稳定的存在于水中。
（2）极化作用
磁场的极化作用使使盐类的结晶成分发生了变化。微粒子极性增强，凝聚力减弱，使水中原有的较长的缔合分子链被截断为较短的缔合分子链和带电离子的变形，破坏了离子间的静电吸引力，改变了结晶条件。形成分散的稳定小晶体。
（3）磁滞效应
磁场引起水中盐类分子或离子的磁性力偶的磁滞效应，因而改变了盐类在水中的溶解性，同时使盐类分子相互间的亲和性（结晶性）消失，防止大晶体的结晶。
（4）磁力矩重新取向
在一定基团反应中，磁场影响在基团中成对的磁力矩重新取向，通过这样的中间机理而影响其他化学反应。反应动力学发生了变化，反应结果中新得到的产品间的比例关系也发生了变化。
磁化水的装置结构和特点
能制备磁化水的装置称为磁水器。按磁场形式的方式可将磁水器分为永磁式和电磁式两种；按磁场位置又可将磁水器分为内磁式和外磁式两种。永磁式和电磁式磁水器在间隙磁场强度相同的情况下效果相同，但各有特点。永磁式磁水器的最大优点是不需能源，同时结构简单，操作维护方便，但其磁场强度受到磁性材料和充磁技术的限制，且存在随时间的延长或水温的提高而退磁的现象。电磁式磁水器的优点是磁场强度容易调节，而且可以达到很高的磁场强度，同时磁场强度不受时间和温度影响，稳定性好，但其需要外界提供激磁电源。与内磁式磁水器相比，外磁式磁水器可能具有更大的优越性，其主要优点是检修时不必停水及拆卸管道，也不易引起磁短路现象。
目前国内已有四项关于磁水器的专利，这些专利通过选用不同的磁性材料和水流的通路形式来达到使水磁化的目的（3）。如图1所示的磁化水装置外型为管状，采用不锈钢管制作，两端带法兰盘可与管道直接相连。磁化水装置内部采用两组N,S极相对的特殊合金永磁材料制成的磁棒，按照N-S，N-S排列，磁场能量很高，可高达6000高斯，使用期限为25年，磁场强度衰减率为3%，由于磁化装置使用的是永久磁性材料，无须外加电源，不耗电能。结构简单，不需要做任何调整，也不需要特殊的保养与维护，而且装置安装十分方便，并且不占地。
（5）氢键变形
磁场对水的偶极分子发生定向极化作用后，电子云会发生改变，造成氢键的弯曲和局部短裂，使单个水分子的数量增多。这些水分子占据了溶液的各个空隙，能抑制晶体形成。并使水的整体性能发生变化。
（6）活化能改变
磁场的的影响与系统的转化有联系。虽然水在磁化时获得的能量很少，但在系统中开始和终结之间存在一个“能障”为克服这种能障必须向系统输送相应的能量以触发活化能。磁场短时间的作用起着“催化”水系活化能改变的作用，最终导致整个系统性质的变化。
磁化处理对水体生物效应的影响
3.1 磁化处理对藻类初级生产能力的影响及机理。
实验表明（6），经过磁化的水体中藻类的生产能力明显高于没有处理的水体中的藻类。
藻类属于光合自养型微生物，磁化处理引起其光合作用的生物效应，可以从以下几个方面进行解释。第一，光合自养微生物在无机环境中吸收无机盐，利用光能同化CO2和H2O合成自身物质。而水体磁化可以使BOD,COD降低，使部分有机物矿化，矿化程度高，有利于藻类的生长。第二，磁化处理导致水体的光学性质发生变化，经过磁化处理的水比未处理的水对光的吸收率高30%，水体透光性的改善，保证了光合自养生物的能源。这是磁化处理引起藻类迅速生长的原因之一。第三，磁化水的硬度、pH值、电导率都明显的高于非磁化水，无机盐在磁化水中可以较好的溶解，这有利于藻类对营养盐类的吸收。第四，磁化处理后的污水,能引起生物膜渗透性的增加,从而改善了藻类对营养物质的吸收,促进藻类的生长和生产能力的增加。
3.2 磁化处理对水中异养细菌总数的影响
异养型细菌是以有机物作为能源和碳源的一大类微生物，它的总数随水中有机物浓度的升高而升高，所以水中异养菌总数可间接反映水中有机物的污染的程度及水的净化程度。污水经过不同强度磁场的处理后，水中的细菌总数均明显下降。其原因机理还没有完全清楚，初步认为：第一，在磁场的直接作用下，引起水体BOD,COD的降低，使异养生物的能源和C素营养物质减少，导致水体异养菌的死亡速度大于增殖速度，于是出现负增长现象。第二，磁场力直接作用于细菌细胞内的水和酶，使酶钝化或失活。
所以污水磁化处理以后，不仅直接改善其耗养特性的作用，而且磁化后的水体具有新的生物特性。
磁化用于有机废水的处理
有机废水处理是当前污染治理的一个普遍问题，传统方法有活性污泥法、生物膜法、厌氧反应器法、氧化塘法等。前两种方法是目前二级处理厂应用最广泛的方法，其优点是技术比较成熟,运行稳定，出水可达允许排放标准，但缺点也很突出，基建投资大、运行费用高昂，尤其运行费之高，使许多单位望而生畏，无力负担如此之高的运行费用，因此，常常对污水不加处理而直接排入江河湖海。淮河流域1994年发生的流域性污染灾害，就是传统污水处理模式费用太高所带来的直接后果。为实现可持续性发展战略，我国的国情要求我们必须开发一种投资少、效率高、运行费用低的污水处理技术。针对这一实际,我们在90年代初，根据磁化水能改变水的一些物理特性，改善生物机能、促进生物生长、提高农业、水产产量和治疗保健等经验，开展磁化—人工生态系统方法处理和利用有机废水的研究（7），近10年的大量实验研究和初步应用证明，这一方法是行之有效的，实际应用是成功的，有必要广泛推广，并在实用中进一步完善，以保持社会经济可持续发展的良性循环。
（1） 去除COD的效应与分析
在水中有氧的情况下，通过改变磁感应强度、水温、磁化流速等对各种污水进行了一系列实验，结果表明：水温对污水瞬间通过磁化器直接去除COD没有影响。磁化流速2.5m/s时最好,这时对形成核磁共振比较有利，磁化去除COD的能力较强。常温下磁化流速2.5m/s左右,磁感应强度0.262～0.315T下，上述各类污水的COD直接去除率平均医院污水为25.4%，印染废水为21.2%，城镇污水为16.4% (磁化流速为2.5m/s时为20.0% )、橡胶业废水为11.3%，造纸废水为8.1%，葡萄糖水为17.8%，淀粉水为11.1%，氨水为 8.1%。另外，为查明瞬间磁化直接使COD减少的原因，还对去离子水、自来水和城镇污水磁化前后的溶解氧进行测试。常温下磁化流速2.0m/s，最佳磁感应强度0.315T，4组去离子水磁化前后的溶解氧浓度不变，磁处理对溶解氧无影响;5组自来水磁化后溶解氧略有降低，平均减少4.1%；12组城镇污水，磁化后溶解氧平均减少24.7%。这种瞬间磁化使污水有机物降解和溶解氧减少的现象，称磁处理污水的直接效应。这一作用并非水中微生物酶引起的有机物分解，也非磁化使水中有机物分子的化学键断裂,而是磁处理引起核磁共振激活了水中的溶解氧，促使部分有机物氧化分解。这可从三个方面来分析：一是上述实验中，葡萄糖、水、淀粉水、氨水均为蒸馏水配制，其中没有微生物，显然瞬间磁化使污水COD降低并非微生物酶的作用；二是水和有机物分子的化学键断裂，需要消耗相当大的能量，如水分子的氢键断裂需4～6千卡 /克分子的能量，如此之低的磁感应强度所提供的能量很小，无法使化学键断裂；最后,B?帕特罗夫的实验一定程度上证实了上述论断，他使有溶解氧的水连续从感应磁场中通过，水中则产生5×10-5%的h2O2 ，这是一种很强的氧化剂，可使水中的有机物直接氧化分解。另外，我们还做了对污水多次连续反复磁化的实验，可见随着磁化次数的增加，每次去除COD的比率急剧变小，并趋于水平。因此，将磁处理技术应用于实际时，应使磁处理器间水流有一段时间的恢复过程。经验表明，水力滞留时间约2～3d以上为佳。
厌氧条件下磁化对提高水中有机物分解也有很好的效果，且更为显著。我们取4组城镇生活污水做实验，温度保持在0℃，最佳磁感应强度仍为0.315～0.368T，厌氧培养10d测试COD，表明磁化使COD的去除率提高21%～28%，平均为24.5%。其效果即使肉眼也能清楚看出，但机理尚需进一步研究。
（2）水磁处理生态效应及间接净化影响
外加磁场对生物影响称生物磁效应，可分为生物分子效应、细胞效应、组织器官效应及整体效应，例如病毒为单纯的大分子微生物、细菌、真菌基本上为单细胞微生物、原生动物、高等生物为不同功能器官所构成，其组织器官又为细胞组成。污水中生物种类繁多，构造与功能各异，它们通过某一强度的磁场时，受到的影响也很不相同。从整体上说，有些被抑制，甚至死亡；有些被激活，加快新陈代谢和生长，间接上提高了净化污水的作用。对此，做了以下几个方面的系列实验和分析（8）：
(a).污水磁化具有很强的灭菌作用。磁感应强度0.315～0.420T下，磁化流速2.0～2.5m/s，3组水样的情况基本一致,灭菌率为74%～81%。但连续反复磁化，灭菌率则提高不大，说明有些种类的菌群能够抵御磁场的作用，甚至激活其代谢能力，会更快地生长和降解有机物。磁化处理灭菌原因，可归纳为（7）：一是在磁场的直接作用下，引起BOD、COD降低,使异养微生物的能源和C素营养物质减少，导致水体异养菌死亡速度大于增殖速度，于是出现负增长现象，二是磁场力直接作用于细菌细胞内的水和酶，使酶钝化或失活。而BOD数值的降低是细菌总数减少的反映，一方面在外加磁场直接作用下，BOD随COD指标的降低而降低，另一方面，在外加磁场作用下，水体中功能微生物(以细菌为主 )受到影响，一部分细菌适应能力强，生命代谢活动不受到干扰,或者虽受到干扰但经过一定时间后可以恢复到正常状态，这部分细菌以更强的适应能力生存下去，大部分细菌受到外界磁场作用下，由于体内外水的理化性质的变化(如电导率、表面张力等 )以及酶的钝化、失活,不能适应而发生死亡现象，功能细菌数目的急剧减少，造成了BOD指标的降低，因此认为磁处理后BOD降低是水中细菌总数减少的反映。综上所述，可以得出这样一种认识，外界磁场作用于微生物，对微生物的影响存在有害的一面，也存在有利的一面。磁处理具有杀菌效果，当磁场强度加大到2100GS(4A)以上，可以使70%以上的细菌死亡。施加磁场可以看作微生物生存环境的突发改变，能够经得起周围环境及体内离子、电子传递速度变化的细菌继续生存下来并且维持正常的生命代谢活动，这部分细菌具有更强的适应能力，或者说具有更强的生物活性。
(b).活性污泥磁化会明显提高其活性，从而增强污水的处理效率。我们取7组活性污泥，在37℃恒温下观测不同磁强处理后的甲基兰脱色时间，表明0.367T下脱色时间由无磁化的29h减少至24h，污泥活性增强17%，原因就在于磁化后生存下来的微生物有更大的增殖和代谢能力。为证明这一论断，又取3组造纸中段废水稀释水样，分别在不磁化和磁化处理后标准温度下培养，测得它们的BOD5，后者均比前者高,平均高13%，可见磁处理既有灭菌作用，也有激活某些功能微生物的作用，并加速有机物的降解。
(c).磁化使藻类光合作用大大增强,显著地提高了水中的溶解氧。常温下取2组同样的污水实验，3天后磁化水中绿藻生长旺盛，非磁化水几乎看不到藻类。另外，又取3组生活污水用明暗瓶对比实验磁处理对藻类产氧能力的影响，都表明磁感应强度0.367T时污水的藻类产氧能力最高，比非磁化的平均高出1.1倍，按藻类固炭生产力与产氧能力的关系推算，藻类的生产力也将提高1.1倍，这与农业上磁化水使作物显著增产和大大提高种子的发芽率的结论一致。其原因主要是：①磁化污水使有机物分解加快，为藻类生长提供了充足的C,N,p等营养物；②磁化使生物膜渗透性增加，给藻类吸收营养元素创造了有利条件；③磁化使水的透光性增强，为藻类光合作用提供了更好的光能。水中溶解氧的增加，又促进了水中微生物的生长和有机物分解，二者相互促进,导致有机废水加速分解。
(d).污水磁化可促进高等水生生物生长，有利于污染物的去除。我们以泥鳅做实验，在 3个水桶(10L)中，1个未磁化，2个被磁化，磁强分别为0.03T和0.25T，分别放养1.5kg的泥鳅，其他条件相同，3个月后所有磁化的水中泥鳅产量均高于未磁化的，平均产量提高15%～20%。另外，还对泥鳅的耐污能力和同化COD进行实验，表明未磁化水桶中放养的50条泥鳅到第5天时全部死去，磁化的水桶中的50条在第7天时还有23条存活下来。由于高等水生动物通过食物链使有机物分解转化，间接上提高了污水的净化能力3组水样测定7天后的COD，表明被磁化且养有泥鳅的2、3号水桶的COD去除率比无磁化、无泥鳅的提高20%)，并使之以更高的速度转化为对人类有用的产物，变废为宝，防止了二次污染。
磁化-人工生态系统方法净化污水应用实例
如图2，1980年在原污水站基础上，建成了一个磁化—人工生态处理系统工程，主要由二级磁化和3个生态池组成。该处理系统有效占地面积770m2，平均日处理医院生活污水和病房污水700t。污水直接排入预沉调节生态池，水力滞留时间约4.0h，经水泵提升和一级磁化，进入放养大量鱼类的生态转化池，水力滞留2.0～2.5d，再次磁化并自流到设有许多垂直生态滤管的金鱼池，滞留时间2.5～3.0d，通过生态滤管集中后排出，出水达三级地面水标准，供医院绿化和清洗之用。该站运用多年来，仅1994年在预沉池排过一次池污，且数量不多，足见污染物降解转化率之高。该系统中：①预沉调节生态池面积180m2，平均水深 1.1～ 2.5m，为兼氧池，池面风眼莲覆盖,吸收污水分解的N,p等营养盐 ；②生态转化池，直径25m，由中心园池、环形复氧沟、环形外池组成,接纳来自预沉池并进行一级磁化的污水，池中放养数万尾罗非鱼，吞食大量生长的菌、藻及原生动物,使水体快速净化，并流入中心园池；③生态滤池100m2，平均水深2.3m，其中放养约6万条金鱼和布设许多生态滤管，接纳中心园池流来并经二级磁化的水流，继续生态转化后经生态滤管过滤后排放，完成整个净化过程。该系统对BOD(Biological Oxygendemand)，COD，N，p去除率全年平均分别为 89.9%，87.6%，69.6%和73.6%。该系统工程基建总投资27万元，折合日处理污水1t/d的基建投资单价为386元；年运行费用7500元，折合处理污水1t/d的年运行单价10.7元，远低于表 1所列的常规二级处理的投资单价和运行单价。不仅如此，由于污水处理过程中的牛蛙、金鱼、罗非鱼、中药材、葡萄等收入，每年还可收益1.8万元，比年运行费还多出1.0万元，形成污水处理过程的负投入。该法由于生态处理中的磁化效应，大大加速和提高了污染物转化速度和效率，且变废为宝，使之成为投资少、占地小、效率高、运行费用低、无二次污染，并有一定产出收益的污水处理新途径。

❷ 什么是EDI水处理装置

EDI水处理装置是指的EDI模块：

EDI，又称连续电除盐技术，它是将传统电渗析技术和离子交换回技术相结合答，在电场力的作用下，通过阳、阴离子膜对阳、阴离子的选择透过性作用以及离子交换树脂对水中离子的交换作用，使水中离子作定向迁移，从而实现水的深度净化除盐。水电解产生的氢离子和氢氧根离子对树脂进行连续再生，因此EDI模块制水过程不需要酸碱化学再生即可连续制取高品质超纯水。

EDI模块

EDI模块有哪些特点？

1、产水稳定安全，可以进行随时监测保证水质是一直合格的。

2、系统自动化程度高，操作控制简单方便，可以无人化生产，减少了劳动力。

3、连续稳定产水，再生时不需要对设备停机，更加方便快捷。

4、无污染，在生时不需要对其投加化学试剂，因此减少了对环境的污染。

5、成本低。设备经过合理的设计，运行稳定并有效节约了成本。

6、装置结构紧凑减少了占地面积，节省了空间，间接的减少了运行成本。

7、原水利用率高，几乎没有废水的排放。

❸ 原电池与电解池的极化作用各有什么特点

第一节 分解电压
使电能转变成化学能的装置称为电解池.当直流电通过电解质溶液,正离子向阴极迁移,负离子向阳极迁移,并分别在电极上起还原和氧化反应,从而获得还原产物和氧化产物.若外加一电压在一个电池上,逐渐增加电压直至使电池中的化学反应发生逆转,这就是电解.实验表明,对任一电解槽进行电解时,随着外加电压的改变,通过该电解槽的电流亦随之变化.例如,使用两个铂电极电解HCl 溶液时,使用图9.1 的线路装置,改变可变电阻,记录电压表和电流表的读数,则可测量电解槽两端电位差与电流强度的关系曲线.开始时,当外加电压很小时,几乎没有电流通过电解槽;电压增加,电流略有增加;当电流增加到某一点后,电流随电压增大而急剧上升,同时电极上有连续的气泡逸出.
在两电极上的反应可表示如下:
阴极 2H+(aH+)+2e →H2(g, p)
阳极 2Cl (aCl
-)→Cl2(g, p)+2e
当电极上有气泡逸出时,H2 和Cl2 的压力等于大气压力.
电解过程分析:当开始加外电压时,还没有H2 和Cl2 生成,它们的压力几乎为零,
稍稍增大外压,电极表面上产生了少量的H2 和Cl2,压力虽小,但却构成了一个原电池(自发地进行如下反应)
(-) H2(p)→2H+(aH+)+2e-
(+) Cl2(g)+2e-→2Cl-(aCl-)
此时,电极上进行反应的方向正好与电解所进行的反应的方向相反.它产生了一个与外加电压方向相反的反电动势Eb.由于电极上的产物扩散到溶液中了,需要通过极微小的电流使电极产物得到补充.继续增大外加电压,电极上就有H2 和Cl2 继续产生并向溶液中扩散,因而电流也有少许增加,相当于图9.2 中I-E 曲线上的1-2 段.此时由于pH2 和pCl2 不断增加,对应于外加电压的反电动势也不断增加,直至气体压力增至等于外界大气压力时,电极上就开始有气泡逸出,此时反电动势Eb 达到最大值Eb, max 将不再继续增加.若继续增加外加电压只增加
溶液中的电位降(E 外-Eb, max)=IR,从而使电流剧增,即相当于I-E 曲线中2-3 段的直线部分.将直线部分外延到I=0处所得的电压就是Eb, max,这是使某电解液能连续不断发生电解时所必须的最外加电压,称为电解液的分解电压.从理论上讲Eb, max 应等于原电池的E(可逆),但实际上Eb, max 却大于E(可逆).是由两方面的原因引起的.一是由于电解液,导线和接触点都有一定的电阻,欲使电流通
过必须用一部分电压来克服IR 电位降,这相当于把I2R 的电触转化为热.二是由于实际电解时在两个电极上进行的不可逆电极过程所引起,即要使正离子在阴极析出,外加的阴极电势一定要比可逆电极电势更负一些,使负离子在阳极析出,外加的阳极电势一定要比可逆电势更正一些.我们把由于电流通过电极时,电极电势偏离可逆电极电势的现象称为极化现象.实际上I-E 曲线上分解电压的位置不能确定的很精确,且I-E 曲线并没有十分确切的理论意义,所得到的分解电压也常不能重复,但它却很有实用价值.电解质的分解电压与电极反应有关.例如一些酸,碱在光滑铂电极上的分解电压都在1.7 V 左右.它们的分解电压基本上和电解质的种类无关,这是因为这些酸,碱的电解产物均是H2(阴极)和O2(阳极).它们的理论分解电压都是1.23 V,由此可见,即使在铂电极上,H2 和O2 都有相当大的极化作用发生.氢卤酸的电压都较1.7 V 小,而且其数值各不相同,这是因为在两电极上出现的产物是氢卤酸的分解物.电极反应和电解产物不一样,自然,分解电压也就有差异了.小结:我们把使某种电解质开始电解反应时所必须施加的最小电压,称为该电解质的分解电压.理论分解电压也称为可逆分解电压,等于可逆电池电动势.但实际工作中电解以一定速率进行,过程已不可逆.这时的分解电压E(实)>E(理),原因是:当电流通过时,电极有极化作用,电路有电阻.实验表明:电解不同的电解质,如果电极反应相同,分解电压基本相同.
第二节 极化作用
一,极化现象
我们已经知道,无论是对水的电解,或是其它物质的电解,它们的分解电压总是大于计算得到的可逆电动势.这是因为当电流通过电极时,每个电极的平衡都受到破坏,使得电极电位偏离平衡电位值.这种在电流通过电极时,电极电位偏离平衡值的现象,称为电极的极化.极化现象的出现,以及溶液中存在着一定的欧姆电位降,这些都是分解电压大于可逆电动势的原因.实际分解电压可表示为E(分解)=E(可逆)+ E(不可逆)+IR式中,E(可逆)是指相应的原电池的电动势,即理论分解电压;IR 由于电池内溶液,导线和接触点等电阻所引起的电势降; E(不可逆)则是由于电极极化所致, E(不可逆)= η(阴)+ η(阳), η(阴)和η(阳)分别表示阴,阳极上的超电势.当电极上无电流通过时,电极处于平衡状态,此时的电势为φ(平)(平衡电势),随着电极上电流密度(I/S)的增加,电极的不可逆程度愈来愈大,其电势值为φ(平)的偏差也越大,通常可用极化曲线(即描述电流密度与电极电势间关系的曲线)来描述这种偏离程度.
为了明确地表示出电极极化的状况,常把某一电流密度下的φ(不可逆)与φ(平)之间的差值称为超电势.由于超电势的存在,在实际电解时要使正离子在阴极上析出,外加于阴极的电势须更负于可逆电极;要使负离子在阳极析出,外加于阳极电势比可逆电极电势更正一些.
下面我们将讨论引起电极极化的原因.
当电流通过电极时,为什么会发生阳极电势升高,阴极电势降低的电极极化现象呢 这是因为当有电流I 过电极时,发生一系列的过程,并以一定的速率进行,而每一步都或多或少地存在着阻力.要克服这些阻力,相应地各需要一定的推动力,表现在电极电势上就出现这样那样的偏离.按照极化产生的不同原因,通常可简单地把极化分为两类:电化学极化和浓差极化.将与之相应的超电势称为电化学超电势(或活化超电势)和浓差超电势.一般说来,可将产生超电势的原因归纳为以下三点:
(1)浓差超电势:在电解过程中,由于电极表面附近的离子在电极上发生反应而析出,结果使表面浓度与溶液体相浓度的不同所造成的反电动势叫做浓差超电势.
(2)电化学超电势(或活化超电势):由于参加电极反应的某些粒子缺少足够的能量来完成电子的转移,因此需要提高电极电势,这部分提高的电势叫做活化超电势.它与电极反应中某一个最缓慢步骤的反应活化能有关,故有此名.
(3)电阻超电势:当电流通过电极时,在电极表面或电极与溶液的界面上往往形成一薄层的高电阻氧化膜或其它物质膜,从而产生表面电阻电位降,这个电位降称为电阻超电势.这种情况不具有普遍意义,因此我们只讨论浓差极化和电化学极化.
二,浓差极化
当有电流通过电极时,若在电极—溶液界面处化学反应的速率较快,而离子在溶液中的扩散速率较慢,则在电极表面附近有关离子的浓度将会与远离电极的本体溶液中有所不同.
现以Ag|Ag+为例进行讨论.
将两个银电极插到浓度为c 的AgNO3 溶液中进行电解,阴极附近的Ag+沉积到电极
上去(Ag++e-→Ag),使得该处溶液中的Ag+浓度不断地降低.若本体溶液中的Ag+扩散到该处进行补充的速度赶不上沉积的速度,则在阴极附近Ag+的浓度ce 将低于本体溶液浓度c(电极附近是指电极与溶液之间的界面区域,在通常搅拌的情况下其厚度不大于10 3～10 2 cm).在一定的电流密度下,达稳定状态后,溶液有一定的浓度梯度,此时ce 具有一定的稳定值,就好象是电极浸入一个浓度较小的溶液中一样.此浓差极化数值与浓差大小有关,即与搅拌情况,电流密度等有关.
三,电化学极化(或活化极化)
假定溶液已搅拌得非常均匀或者已设法使浓差极化降低至可以忽略不计,同时又假定溶液的内阻以及各部分的接触电阻很小,均不予考虑,则从理论上讲要使电解质溶液进行电解,外加的电压只需略微大于因电解而产生的原电池的电动势就行了.但是实际上有些电解池并不如此.要使这些电解池的电解顺利进行,所加的电压还必须比该电池的反电动势大才行,特别是当电极上发生气体的时候.我们把这部分能使电解顺利进行的额外电压称为电化学超电势(或称为活化超电势).显然,活化超电势是由于电极反应是分若干步进行的,这些步骤中可能有某一步反应速率比较缓慢,需要比较高的活化能导致的.活化超电势的大小是电极活化极化的量度.析出电势和超电势是对个别电极而言的,
φ(阳, 析出)=φ(阳, 可逆)+ η(阳)
φ(阴, 析出)=φ(阴, 可逆)- η(阴)
分解电压是对整个电解池而言
E(分解)=φ(阳, 析出)-φ(阴, 析出)=E(可逆)+ η(阳)+ η(阴)
四,氢超电势
研究电化学极化是从研究氢超电势开始的.研究氢超电势不仅对电极过程研究的理论发展起了重要的作用,而且对实际生产也有着十分重要的作用.许多电化学工业都和氢在阴极上的析出有联系,由于氢超电势的存在,直接对工业生产发生了利害关系.
例如在电解水制氢和氧时,由于超电势的存在,增加了电能的消耗.但事物都是分为二的.极谱分析法就是利用氢在汞阴极上有很高的超电势,才实现了对溶液中金属离子的分析测定.又如利用氢在铅上有较高的超电势,才能实现铅蓄电池的充电.因此,我们着重讨论有关氢超电势的一些问题.
1,影响氢超电势的因素
根据对很多有关实验数据的分析,发现氢超电势与电流密度,电极材料,电极表面状态,溶液组成,温度等有密切关系.早在1905 年,Tafel 提出了一个经验式,表示氢超电势与电流密度的定量关系,称为Tafel 公式η=a+b ㏑ j
式中j 是电流密度,a,b 是常数.其中,a 是j 等于1 A cm-2(10000 A m-2时的超电势值,它与电极材料,电极表面状态,溶液组成以及实验温度等有关.
b 的数值对于大多数的金属来说相差不多,在常温下接近于0.050 V.如用以10 为底的对数,b≈0.116 V.意味着,j 增加10 倍,η 约增加0.116V.氢超电势的大小基本上决定于a 的数值,因此a 的数值愈大,氢超电势也愈大,其不可逆程度也愈大.如用η 为纵坐标,㏑ j 为横坐标作图,Tafel 关系是一条直线.
若j 很小时,若按Tafel 关系,η→∞,这当然不对.因为当j→0 时,电极的情况接近于可逆电极η=0.j 较低时,η 与j 的关系可表示为η= ωj, ω值与金属电极的性质有关,可表示在指定条件下氢电极的不可逆程度.
2,氢超电势产生的机理
关于氢在阴极电解时的机理的研究,从本世纪三十年代开始有了很大的发展,提出了不同的理论,例如迟缓放电理论和复合理论等.在不同的理论中也有一些共同点,如:都提出H+的放电可分为几个步骤进行.有
(1) H3O+从本体溶液中扩散到电极附近.
(2) H3O+从电极附近的溶液中移到电极上.
(3) H3O+在电极上放电.
(4) 吸附在电极上的H 原子化合为H2.
(5) H2 从电极上扩散到溶液内形成气泡逸出.
其中(1),(5)两步已证明不能影响反应速率,至于(2),(3),(4)三步中,哪一步最慢,意见不一致,迟缓放电理论认为第三步最慢,而复合理论认为第四步最慢,也有人认为在电极上各反应步骤的速率相近,属联合控制.在不同的金属上,氢超电势的大小不同,可设想采用不同的机理来解释.一般说来,对氢超电势较高的金属如Hg、Zn、Pb、Cd 等,迟缓放电理论基本上能概括全部的实验事实.对氢超电势低的金属如Pt、Pd(钯)等则复合理论能解释实验事实.而对于氢超电势居中的金属如Fe、Co、Cu 等,则情况要复杂得多.但无论采用何种机理或理论,最后都应能得到经验的Tafel 关系式.
五,超电势的测定
测定超电势实际上就是测定在有电流通过电极时的极化电极电势数值.超电势数值的大小和通过电极的电流密度大小密切相关.因此通常是由实验测得不同电流密度下的电极电势,作出极化曲线,即可求得某电极在指定电流密
度下的超电势.测量电极的超电势,一般采用如图9.3 的装置.
电极1:研究电极(或待测电极)
电极2:辅助电极(一般用Pt 片)
甘汞电极:参比电极(通常将电极的支管的尖端拉成直径约1 mm 左右的毛细管,靠近研究电极表面,以减少溶液中的欧姆降IR 值).(参比电极应根据研究溶液的性质而定,常用饱和甘汞电极.电解池中面积已知的待测电极1 和辅助电极2,经一可变电阻与直流电源联成回路,为极化回路,内有电流计A 以测量回路中的电流.改变电阻可调节回路中电流的大小,从而调节通过待测电极的电流密度j.将待测电极与电势较稳定的甘汞电极组成一个原电池,接到电位差计上,组成一测量回路,采用对消法测量该电池电动势. (甘汞)已知,测E 可算出φ1.这种控制电流密度j,使其分别恒定在不同的数值,然后测定相应的电极电势φ 的方法称为恒电流法.把测得的一系列不同电流密度下的电势画成曲线,即得极化曲线.对于电解池,因阳极是正极,阴极是负极,所以阳极电势高于阴极电势,外加电压,即分解电压与电流密度的关系如图9.4(a)
E(分解)=E(可逆)+△E(不可逆)=E(可逆)+ η(阳)+ η(阴
由图可知,电解池工作时,所通过的电流密度越大,即不可逆程度越高,超电势越大,则外加压也要增大,所消耗的电功也越多.对于原电池,控制其放电电流,同样可以在其放电过程中,分别测定两个电极的极化曲线.因阴极是正极,阳极是负极,所以阴极电势高于阳极电势,随电流密度增大,由于极化作用,负极(阳极)的电极电势比可逆电势值愈来愈大,正极(阴极)的电极电势比可逆电势值愈来愈小,两条曲线有相互靠近的趋势,原电池的电动势逐渐减少,所做电
功则逐渐减小.E(不可逆)=E(可逆)- η(阳)- η(阴)
讨论:从能量消耗的角度看,无论原电池还是电解池,极化作用的存在都是不利的.为了使电极的极化减小,必须供给电极以适当的反应物质,由于这种物质比较容易在电极上反应,可以使电极上的极化减少或限制在一定程度内,这种作用称为去极作用.这种外加的物质则叫做去极化剂.
第三节 电解时电极上的反应
当电解池上的外加电压由小到大逐渐变化时,其阳极电势随之逐渐升高,同时阴极电势逐渐降低.从整个电解池来说,只要外加电压加大到分解电压的数值电解反应即
(a) 电解池中两电极的极化曲线
(b) 原电池中两电池的极化曲线
开始进行;从各个电极来说,只要电极电势达到对应离子的"析出电势",则电解的电极反应即开始进行.电解时阴极发生还原反应,阳极发生氧化反应.因此,凡是能在阴极上得到电子在阳极上放出电子的反应,都有可能电解.所以不仅利用电解法可以制备和精炼许多金属,而且还可以制备某些无机和有机化合物.不仅能控制电位以获得较为纯净的产品,而且还能使原来分步完成的反应在某一中间步骤停止,而得到所需要的产品.
一,金属的析出与氢的超电势
当电解金属盐类的水溶液时,在阴极可能析出氢气或金属.究竟发生什么反应,则不仅要考虑它们的平衡电极电势(热力学性质),还要考虑在一定电流密度下的超电势(动力学性质),即看其离子析出电势的大小而定.
φ(阴,析)=φ(平)-φ(阴)
φ(阳,析)=φ(平)+φ(阴)
在实际生产中氢超电势现象十分重要.通常它起着两种不同的作用,一是有利于生产的顺利进行,另一是使生产过程消耗过多的电能.例如食盐电解工业中用汞阴极进行电解,就是利用氢在汞上的超电势较高,因此在阴极上才有可能形成汞齐而不析出H2.在此电解法中,Na+ 在汞阴极上的放电电势是-1.83 V,氢在汞上的超电势为1.35 V,因此H+放电要比Na+困难得多.Na+放电后形成的钠汞齐是金属Na 溶液在汞中所成的液态合金,2Na(Hg)+2H2O → 2NaOH+H2+2Hg
反应产生和汞又回到电解糟中去重新使用.此法所得烧碱纯度高,适用于人造纤维工业.在金属沉积中也常遇到H2 的超电势问题.利用氢在不同金属上的超电势,可以在阴极镀上Zn,Cd,Ni 等而不会有H2 析出.
在化学电源中超电势现象也同样重要.例如,铅蓄电池充电时的
阴极反应PbSO4+2e-→Pb+SO42-
阳极反应PbSO4+2H2O→PbO2+4H+ +SO42-+2e-
这两个电极反应的电流效率都很高,也是因为H2 和O2 分别在这两个电极上有较大的超电势,若没有这种超电势现象,则充电过程将完全变成电解水的作用了.
一般说来,在电解过程中,一方面应注意因电解池中溶液浓度的改变所引起的反电动势的改变,同时还要注意控制外加电压不宜过大,以防止H2 也在阴极同时析出.
二,金属离子的分离
如果溶液中含有各种不同的金属离子,它们分别具有不同的析出电势,则析出电势越高的离子,越易获得电子而优先还原成金属.所以,在阴极电势逐渐由高变低的过程中,各种离子是按其对应的电极电势由高到底的次序先后析出的.各种金属析出的过电势一般都很小(电流密度较小时),可近似用φR 代替析出电势.
例如电解液中含有浓度各为1 mol kg 1的Ag+,Cu2+和Cd2+离子,则因
φ (Ag)>φ (Cu)>φ (Cd),而首先析出Ag,其次析出Cu,最后析出Cd.依据这一道理控制阴极电势,能够将几种金属依次分离.但是,若要分离得完全,相邻两种离子的析出电势必须相差足够的数值,一般至少要差0.2 V 以上,否则分离不完全.在上述溶液中,当阴极电势达到+0.799V 时,Ag 首先开始析出.随着Ag 的析出,阴极电势逐渐下降.当阴极电势降低到第二种金属Cu 开始析出的0.337 V 时,由能斯特方程可以算出,此时Ag+浓度已降至1.5×10-8 mol kg-1,相应E(分解)增大.而当阴极电势降至第三种金属Cd 开始析出的-0.403 V 时,Cu2+的浓度已降至10 25 mol kg-1,可以认为已经分离得非常完全了.不难推断,当两种金属析出电势相同时,调整离子浓度或提高超电势,都可使两种金属在阴极上同时析出.电解法制造合金就是依据这一原理.
φ
三,电解还原与氧化的应用
电解时阴极上的反应当然并不限于金属离子的析出,任何能从阴极上获得电子的还原反应都可能在阴极上进行;同样,在阳极上也并不限于阴离子的析出或阳极的溶解,任何放出电子的氧化反应都能在阳极上进行.若溶液中含有某些离子,具有比H+较正的还原电势,则H2 就不再逸出,而发生该种物质的还原.通常称这种物质为阴极去极化剂.同理,若要减弱因阳极上析出O2 或C12 等所引起的极化作用,则可加入还原电势较负的某种物质,使基比OH-先在阳极氧化,这种物质称为阳极去极化剂.
例如,用某种电极电解1mol kg-1 的HC1;若在阳极区加入一些FeC13,则由于Fe3+的φ(还原)高于H+的φ(还原),所以Fe3+在阴极区还原为Fe2+,而避免了析出H2 的极化作用;若在阳极区加一些FeC12,则Fe2+在阳极氧化为Fe3+,而避免了生成C12 的极化作用.Fe3+是直接从阴极上取得电子而还原.最简单的去极化剂是具有高低不同价态的离子例如铁和锡的离子.去极化剂的作用相当于一个氧化还原电极,它有较恒定的电极电势,其数值取决于高价和低价离子活度的比值.
另一类去极化作用虽有H+参加,但没有H2 析出,这些反应常是不可逆的,且实际
的电极过程也并不十分清楚.例如阴极上硝酸盐及硝基苯还原的反应.去极化剂在电化学工业中应用得很广泛.例如电镀工艺中为了使金属沉积的表面既光滑又均匀,常加入一定的去极化剂,以防止因H2 放出而使表面有孔隙或疏松现象.
电解氧化和还原的应用是十分广泛的,如电解制备,塑料电镀,铝及其合金的电化学氧化和表面着色等.
1,电解制备
例如电解食盐水制备C12 和NaOH 的氯碱工业,用电解法提纯金属如电解铜,生产合金如黄铜,电解水以制备纯净的H2 和O2,电解法制双氧水等.有机物的电解制备在近年来也研究得很多.电解制备的主要优点为:
(1)产物比较纯净,易于提纯,用电解法进行氧化和还原时不需另外加入氧化剂或还原剂,可以减少污染.(2)适当地选择电极材料,电流密度和溶液的组成,可以扩大电解还原法的适用范围,通过控制反应条件还可以使原来在化学方法中是一步完成的反应,控制在电解的某一中间步骤上停止,有时又可以把多步骤的化学反应在电解槽内一次完成,从而得到所要的产物.
2,塑料电镀
为了节约金属,减轻产品重量和降低成本,目前在建筑业,汽车制造业及人们日常生活中越来越多地采用塑料来代替金属.电镀步骤大致为,先使各种塑料(如ABS,尼龙,聚四氟乙烯等)表面去油,粗化及进行各种表面活性处理,然后用化学沉积法使其表面形成很薄的导电层,再把塑料镀件置于电镀槽的阴极,镀上各种所需的金属,电镀后的塑料制品能够导电,导磁,有金属光泽和提高了焊接性能,而且机械性能,热稳定性和防老化能力等都有所提高.
3,铝及其合金的电化学氧化和表面着色
金属铝及其合金由于质轻,导电,导热及延展性能好,故在电子工业,机械制造和轻工业等方面有广泛的应用.但是由于铝质软不耐磨,表面氧化膜约4 m,抗蚀性能差,色泽单调,所以它的应用受到极大的限制.铝及其合金的电化学氧化也称阳极氧化,可以改变铝制品的性能.方法为,把铝或其合金置于相应的电解液(硫酸,铬酸,草酸等)中作为阳极,在特定的工作条件和外加电流的作用下,在阳极表面形成一层厚度为5～20 m 的氧化膜,硬质阳极氧化膜厚度可达60～200 m.经阳极氧化处理后的铝及其合金有较高的硬度和耐磨性,有良好的耐热性,绝缘性,抗蚀性和绝热性,使得它在航天,航空,电气,电子工业上有广泛的用途.有关化学电源:
电能是现代生活的必需品,电能是最重要的二次能源,大部分的煤和石油制品作为一次能源用于发电.(注:一次能源——指在自然界现成存在,可以直接取得且不必改变其基本形态的能源,如煤炭,天然气,地热,水能等.由一次能源经过加工或转换成另一形态的能源产品,如电力,焦炭,汽油,柴油,煤气等属于二次能源.)煤或油在燃烧过程中释放能量,加热蒸汽推动电机发电,它的实质是化学能→机械能→电能的过程,这种过程通常是要靠火力发电厂的汽轮机和发电机来完成.另外一种把化学能直接转化为电能的装置,统称化学电池或化学电源.如收音机,手电筒,照相机上用的干电池,汽车发动机用的蓄电池,钟表上用的钮扣电池等都是小巧玲珑携带方便的日常用品.常见的电池类型:
锌一锰干电池:日常用的收音机,手电筒里使用的都是干电池,其电压一般为1.5 V(它为一次性电池,当电压降至0.8 V,就不能再用了)电音量随体积大小而异(分1号,2 号,3 号,4 号,5 号等).铅蓄电池:蓄电池放电到一定程度,可以利用外电源进行充电再用,这样充电放电可以反复n 百次.铅蓄电池每个单元电压为2.0 V 左右,汽车用的电瓶一般由3 个单元组成,即工作电压在6.0 V 左右.若电音量为几十至100 A,放电时,单元电压降到1.8V,
就不能继续使用,必须进行充电.只要按规定及时充电,使用得当,一个电池可以充放电300 多次,否则使用寿命会大大降低.这种蓄电池具有电动势高,电压稳定,使用温度范围宽原料丰富,价格便宜等优点.主要缺点是笨重,防震性差,易溢出酸雾,维护不便,携带不便等.碱性蓄电池:日常生活中的充电电池就属此类.它的体积,电压都和干电池差不多,携带方便,使用寿命比铅蓄电池长得多,使用恰当可反复充放电上千次,但价格较贵,商品电池中有镉-镍(Ni-Cd)和(Ni-Fe)两类,由于电池的充,放电反应是在碱性条件下进行的,所以叫碱性电池.银-锌电池:电子手表,液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的它们所用的电池体积很小,有"钮扣"电池之称.它们的电极材料是Ag2O2和Zn,所以叫银-锌电池.它具有质量轻,体积小等优点.这类电池已用于宇航,火箭,潜艇等方面.燃料电池:H2,CH4(甲烷气),C2HSOH 等物质在O2 中燃烧时,能将化学能直接转化为电能,这种装置叫燃料电池
此外,锂-锰_____________(Li-Mn)电池,锂-碘电池,钠-硫电池,太阳能电池等多种高效,安全,价廉的电池都在研究之中.化学电源的研究和开发是化学科学的重要研究领域之一,也是能源工作者研究领域之一.
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❹ 离子交换的水处理中的应用

EDI(Electro-de-ionization)是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术(电渗析技术)相结合的纯水制造技术。该技术利用离子交换能深度脱盐来克服电渗析极化而脱盐不彻底,又利用电渗析极化而发生水电离产生H和OH离子实现树脂自再生来克服树脂失效后通过化学药剂再生的缺陷,是20世纪80年代以来逐渐兴起的新技术。经过十几年的发展,EDI技术已经在北美及欧洲占据了相当部分的超纯水市场。
EDI装置包括阴/阳离子交换膜、离子交换树脂、直流电源等设备。其中阴离子交换膜只允许阴离子透过,不允许阳离子通过,而阳离子交换膜只允许阳离子透过,不允许阴离子通过。离子交换树脂充夹在阴阳离子交换膜之间形成单个处理单元,并构成淡水室。单元与单元之间用网状物隔开,形成浓水室。在单元组两端的直流电源阴阳电极形成电场。来水水流流经淡水室,水中的阴阳离子在电场作用下通过阴阳离子交换膜被清除,进入浓水室。在离子交换膜之间充填的离子交换树脂大大地提高了离子被清除的速度。同时,水分子在电场作用下产生氢离子和氢氧根离子,这些离子对离子交换树脂进行连续再生,以使离子交换树脂保持最佳状态。EDI装置将给水分成三股独立的水流:纯水、浓水、和极水。纯水(90%-95%)为最终得到水,浓水(5%-10%)可以再循环处理,极水(1%)排放掉。图2表示了EDI的净水基本过程。
EDI装置属于精处理水系统,一般多与反渗透(RO)配合使用,组成预处理、反渗透、EDI装置的超纯水处理系统,取代了传统水处理工艺的混合离子交换设备。EDI装置进水要求为电阻率为0.025-0.5MΩ·cm,反渗透装置完全可以满足要求。EDI装置可生产电阻率高达15MΩ·cm以上的超纯水。 EDI装置不需要化学再生,可连续运行,进而不需要传统水处理工艺的混合离子交换设备再生所需的酸碱液,以及再生所排放的废水。其主要特点如下:
EDI的净水基本过程
·连续运行,产品水水质稳定
·容易实现全自动控制
·无须用酸碱再生
·不会因再生而停机
·节省了再生用水及再生污水处理设施
·产水率高(可达95%)
·无须酸碱储备和酸碱稀释运送设施
·占地面积小
·使用安全可靠,避免工人接触酸碱
·降低运行及维护成本
·设备单元模块化,可灵活的组合各种流量的净水设施
·安装简单、费用低廉
·设备初投资大 EDI装置与混床离子交换设备属于水处理系统中的精处理设备,下面将两种设备在产水水质、投资量及运行成本方面进行比较,来说明EDI装置在水处理中应用的优越性。
(1)产品水水质比较
EDI装置是一个连续净水过程,因此其产品水水质稳定,电阻率一般为15MΩ·cm,最高可达18MΩ·cm,达到超纯水的指标。混床离子交换设施的净水过程是间断式的,在刚刚被再生后,其产品水水质较高,而在下次再生之前,其产品水水质较差。
(2)投资量比较
与混床离子交换设施相比EDI装置投资量要高约20%左右,但从混床需要酸碱储存、酸碱添加和废水处理设施及后期维护、树脂更换来看,两者费用相差在10%左右。随着技术的提高与批量生产,EDI装置所需的投资量会大大的降低。另外,EDI装置设备小巧,所需厂房远远小于混床。
(3)运行成本比较
EDI装置运行费用包括电耗、水耗、药剂费及设备折旧等费用,省去了酸碱消耗、再生用水、废水处理和污水排放等费用。
在电耗方面,EDI装置约0.5kWh/t水,混床工艺约0.35kWh/t水,电耗的成本在电厂来说是比较经济的,可以用厂用电的价格核算。
在水耗方面,EDI装置产水率高,不用再生用水,因此在此方面运行费用低于混床。
至于药剂费和设备折旧费两者相差不大。
总的来说,在运行费用中,EDI装置吨水运行成本在2.4元左右,常规混床吨水运行成本在2.7元左右,高于EDI装置。因此,EDI装置多投资的费用在几年内完全可以回收。 EDI装置属于水精处理设备, 具有连续产水、水质高、易控制、占地少、不需酸碱、利于环保等优点, 具有广泛的应用前景。随着设备改进与技术完善以及针对不同行业进行优化, 初投资费用会大大降低。可以相信在不久的将来会完全取代传统的水处理工艺中的混合 。
控制氮含量的方法（4种）：生物硝化-反硝化（无机氮延时曝气氧化成硝酸盐，再厌氧反硝化转化成氮气）；折点氯化（二级出水投加氯，到残余的全部溶解性氯达到最低点，水中氨氮全部氧化）；选择性离子交换；氨的气提（二级出水pH提高到11以上，使铵离子转化为氨，对出水激烈曝气，以气体方式将氨从水中去除，再调节pH到合适值）。每种方法氮的去除率均可超过90%。