【技术分享】高级氧化-电化学氧化对氨氮废水处理的研究

　　氨氮废水处理背景

　　氨氮是水环境中氮的主要形态，通常以游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)两种形式存在，当水为碱性时以NH3为主，酸性水时以NH4+为主。

　　氨氮的来源分自然和人为两大类。其中人为产生的氨氮主要来源于城镇生活污水，畜禽养殖、种植和水产养殖的农业污水及钢铁、炼油和化肥等工业废水，集中式污染治理设施废水也会排放一定量的氨氮。

　　近年来，频繁发生的“水华”、“赤潮”和“黑臭水”现象，水体富营养化的加重，水库、湖泊水质的下降以及鱼虾类的大量死亡等都与氨氮的污染息息相关。另外，硝化细菌分解氨氮时会产生亚硝酸盐，而亚硝酸盐会与人体蛋白质结合形成亚硝胺的一种强致癌物质，这严重影响着人体健康。因此，去除水体中的氨氮对保护水体环境以及提高饮用水安全都十分必要。

　　高级氧化工艺

　　AOPs是近30多年来环境领域新发展起来的一项水处理技术，它主要是指在强氧化过程中产生以·OH为核心的强氧化剂，快速、无选择性、彻底的氧化环境中的各类有机和无机污染物。

　　近几年来，受到广泛研究的Fenton氧化法、臭氧氧化法、催化湿式氧化法、电化学氧化法、光催化氧化法、声化学氧化法、超临界水氧化法等都属于AOPs。这些方法都提及·OH反应，这是它们之间共同的特征，也是AOPs最重要的反应。只是产生·OH的方式不同，有的通过光，有的却是通过电或者超声等。

　　·OH是一种氧化能力极强的氧化剂，其氧化还原电位达2.8eV，仅低于氟(标准氧化还原电位为3.08eV)，是已知的第二强氧化剂，也是水处理中使用的最强氧化剂，且它的氧化性没有选择性，几乎能与水中的任何物质发生反应。因此，AOPs的应用越来越广法。

　　目前，团队借助AOPs处理氨氮污染物的应用研究主要以电化学氧化法。

　

　　电化学催化氧化技术

　　电化学催化氧化法是众多高级氧化法中常见的一种方法，对污水中氨氮有很好的去除效果。电化学催化氧化法是指利用电解的基本原理去除污染物的方法。电解发生时，污水作为电解液，污水中污染物作为电解质通过电解过程在阳、阴两极上分别发生氧化和还原反应转化成为无害物质以实现污水净化。通常，电解槽内装有极板，极板上根据需求涂覆各种催化组分。根据反应机理的不同，电化学催化氧化法可分为直接阳极氧化法与间接氧化法两种。

　　电化学氧化法处理氨氮分两种，一种是利用电场作用，使氨氮直接在阳极板上失去电子发生氧化反应，第二种是依靠电解过程中产生的强氧化性中间产物氧化氨氮，在这里分为存在Cl-和不存在Cl-两种情况，存在Cl-时去除氨氮类似于折点氯化法，不存在Cl-时主要是·OH氧化氨氮。

　　反应式如下：

　　NH3+ClO-→H++N2+H2O

　　NH3+·OH→H++NO3-+H2O

　　电化学催化氧化具有反应迅速、操作简单、可控性好、无二次污染等特点，越来越受到大家关注。

　　电化学氧化的影响因素

　　阳极材料在电化学氧化法处理氨氮中显得至关重要，不同的阳极材料会有不同的电化学性能。当反应体系中存在Cl-时，并强碱的条件下，Rh-Ir/TiO2是最有效的间接氧化氨氮的阳极材料。氨氮的降解效率更高。

　　电化学氧化法处理氨氮也有传统的二维电极电化学氧化法和新型的三维电极法之分，三维电极法较二维电极法有较高的面体比和电流效率，且时空产率更大，因此，近年来三维电极电化学氧化法处理氨氮成为了电化学氧化法处理氨氮的研究热点。

　　在一定范围内，三维电极对氨氮的去处率与电解电压、电解时间和电解质浓度都成正比，而pH是在中性条件下最佳，三维电极法同二维电极法一样，去除氨氮的途径都是通过游离氨(NH3)在阳极上的直接氧化或Cl-存在时类似折点氯化法的与NH4+发生间接氧化。三维电极法对低浓度和高浓度的氨氮都有很好的去处效果。

　　某废水工程中采用三维电极法对高浓度氨氮(2200mg/L)废水进行处理后，出水NH4+-N<15mg/L，达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级标准。