北极星水处理网讯:摘 要: 简介了化学法中电化学法和药剂法的优缺点及适用条件; 比较了电化学法中二维电极、三维电极及微生物电解的区别; 阐述了电化学法去除废水中氨氮的作用机制; 介绍了电化学法及药剂法处理氨氮废水的主要影响因素; 着重介绍了不同化学法对氨氮去除效果的最新研究进展; 最后,展望了电化学法和药剂法的未来研究方向。化学法处理氨氮废水还有待进一步的研究完善。

关键词: 氨氮废水; 电化学; 药剂氧化; 氨氮回收

近年来,随着工业化的发展,氨氮废水导致的污染问题日益严重,氨氮是破坏水体平衡,造成水体富营养化的重要因素之一; 其过量排放会给生态环境和人体造成巨大危害,它不仅会促进水体富营养化,而且还会产生恶臭,给供水造成障碍。水中氨氮主要来源于化肥、制革、养殖、石油化工、肉类加工等行业的废水与垃圾渗滤液排放,以及城市污水和农业灌溉排水。如何经济高效去除废水中氨氮已成为近年来研究热点。

目前国内外对氨氮废水的处理方法有物理法、化学法以及生物法。本文就化学法处理氨氮废水热点问题展开综述,并展望未来化学法处理氨氮废水的研究方向。

1 电化学氧化法

电化学氧化法具有操作简单、氧化能力强、二次废料少、占地面积小等优点。近年来引起了人们的高度重视,被广泛运用于处理难生物降解有机废水、垃圾渗滤液、制革废 水、印染废水等领域。氨氮的电化学氧化主要是通过电极的催化作用产生·OH、ClO - 和 HClO 等具有强氧化活性的物质与氨氮反应,将氨氮氧化为氮气、硝态氮、亚硝态氮或其它产物,在酸性条件下,氨氮主要被羟基自由基去除,碱性条件下,氨氮主要被直接氧化去除,产物主要为氮气。常规的电化学处理氨氮废水有二维电极电解法、三维电极电解法以及微生物电解法。

1.1 二维电极

常规电解法处理氨氮废水就是直接在电解质溶液中加上电流,电极通过得失电子从而使电解质溶液产生强氧化性物质,将氨氮进一步氧化去除,或者直接在负极附近将氨氮氧化。大量实验研究表明,电化学法处理氨氮废水主要依靠间接氧化所实现。王春荣通过实验研究发现在氯离子存在条件下,氨氮氧化以间接氧化为主,氨氮去除率可达到 87% ,其中直接氧化率为 8% ,间接氧化率为79% 。Chen 等的研究表明氨的直接阳极氧化效率小于 5% ,电化学氧化法去除氨主要是由于电解过程中次氯酸盐的间接氧化作用,而且电解除氨氮在中性至中碱性条件下更有效。钛基氧化物涂层电极作为一种常用的电极,因为具有较低的析氯电位,在氨氮处理技术方面得到了广泛的应用。

李璇比较了 3 种 DSA 电极对氨氮的去除效果,发现与 Ti /RuO2-IrO2 电极和 Ti /RuO2 电极相比, Ti /IrO2-Ta2O5 电极具有较弱的电解氯离子能力,电化学间接氧化效率较低,并且 IrO2 的含量对电极析氧电位的提高和电极的抗腐蚀能力的加强起着重要的作用。Shu 等以 Ti /SnO2-IrO2-RuO2 为阳极,采用脉冲电解法处理氨氮废水,发现对于氨氮初始浓度为 80 mg /L 的氨氮废水去除率可达 99. 9% 。邱 江[17]采用 Ti /RuO2-IrO2-TiO2 作为阳极,对初始浓度 120 mg /L 的氨氮废水,氨氮去除率可达 100% ,实验发现设置隔膜电解槽,可以避免所添加氯离子造成二次污染,制备柠檬酸乙二醇酷络合溶剂体系及涂层表面掺杂铜元素改性可以大大提高电极的电催化活性和稳定性。

除了钛基氧化物涂层电极外,铅氧化物电极在氨氮废水处理方面也有不错的效果。张弛制备出一种新型 PbO2 电极作为阳极处理氨氮废水,发现随着电流密度的增加,氨氮的电催化效率逐渐提高,初始氯离子浓度对氨氮去除的影响较大,初始氯离子浓度的增加可显著提高氨氮电催化效率,随着初始氯离子浓度的增加,能耗逐渐减小,而且新型PbO2 电极对废水中氨氮有很好的去除效果。

1.2 三维电极

和二维电极相比,三维电极具有电流效率高、时空产率大、传质效率高等优点,被广泛运用于处理各类高浓度废水。丁晶等比较了相同条件下二维电极和三维电极的处理效果,结果表明三维电极能够更高效地去除氨氮,电解 20 min 后,对高浓度氨氮去除率可高达 95% 。Ding 等研究了水厂实际运用中,三维电极及二维电极对氨氮的去除效果,结果表明,三维电极对氨氮的降解率是二维的 1. 4 倍。

李健等以石墨板为阴极,钛基氧化物涂层的金属钛板为阳极,采用粉煤灰负载氧化钛粒子为三维电极,构建了动态循环处理模拟氨氮废水的三维电极反应器,氨氮去除率可达 99. 83% 。李亮等以 RuO2 /Ti 为阳极,不锈钢为阴极,活性炭填充三维电极对深度去除污水中的氨氮进行了研究,发现氨氮去除速率随着电流密度和氯离子浓度增加而增加,单位氨氮去除能耗随着电流增加而增加,随着氯离子浓度增加而减少。

1.3 微生物电解