高級氧化技術在處理氨氮廢水中的應用

謝兆倩,郭 琳

(1. 江西省贛州市環境保護局,江西 贛州 341000;2.江西理工大學 江西省礦冶環境污染控制重點實驗室,江西 贛州 341000)

處理氨氮污染物的方法有很多，目前主要有生物法、吹脫法、化學沉淀法、折點氯化法、離子交換法等[1，3，4]。然而這些氨氮處理方法都有各自的局限性，如生物法占地面積大、運行條件較苛刻；吹脫法能耗大、出水氨氮較高；化學沉淀法用藥量大、成本高；折點氯化法會產生氯胺二次污染物；離子交換法樹脂用量大，再生難等。近年來，高級氧化技術(AOPs)因其能產生大量的強氧化性和無選擇性的羥基自由基(·OH)而備受環境研究者的關注。

1 高級氧化技術

AOPs是近30多年來環境領域新發展起來的一項水處理技術，它主要是指在強氧化過程中產生以·OH為核心的強氧化劑，快速、無選擇性、徹底的氧化環境中的各類有機和無機污染物。近幾年來，受到廣泛研究的Fenton氧化法、臭氧氧化法、催化濕式氧化法、電化學氧化法、光催化氧化法、聲化學氧化法、超臨界水氧化法等都屬于AOPs。這些方法都提及·OH反應，這是它們之間共同的特征，也是AOPs最重要的反應。只是產生·OH的方式不同，有的通過光，有的卻是通過電或者超聲等。·OH是一種氧化能力極強的氧化劑，其氧化還原電位達2.8 eV，僅低于氟(標準氧化還原電位為3.08 eV)，是已知的第二強氧化劑，也是水處理中使用的最強氧化劑，且它的氧化性沒有選擇性，幾乎能與水中的任何物質發生反應[5]。因此，AOPs的應用越來越廣法。

目前，AOPs處理氨氮污染物的應用研究主要包括光催化氧化法和電化學氧化法。

2 高級氧化技術處理氨氮廢水的應用研究

2.1 光催化氧化法

光催化氧化法處理氨氮一般是指在紫外光的激發下，半導體催化劑表面產生的電子-空穴對與吸附在催化劑表面的溶解氧和水等物質作用產生氧化性極強的·OH，從而引起氧化一還原反應氧化分解氨氮污染物的一種方法。其中，半導體催化劑有TiO2、ZnO、SnO2等，而目前主要以TiO2系列催化劑處理氨氮污染物的研究報道較多。

TiO2光催化氧化氨氮的影響因素有TiO2濃度、pH、溫度和光照時間等。Eva-Maria等[7]通過實驗研究發現溫度對TiO2光催化氧化氨氮的影響不大，而溶液的pH值是對反應影響最大的因素。當溶液為酸性時，幾乎沒有氨氮被氧化，當pH值為7.2～9.9時，反應6 h后約有21%的氨被氧化；而當pH值≥9.9時,有67%的氨氮被氧化。對產物的檢測發現，隨著pH值的增加，亞硝態氮的比例不斷增加；而硝態氮在pH值從7.2到12.5變化時，比例先增大后減小，最大值出現在pH值9.8；光催化劑TiO2濃度對反應也有一定的影響，隨著TiO2濃度變大，氨氮的降解率和硝酸根的生成量均增大，而亞硝酸根的生成量不斷變小。

對TiO2進行負載處理，可提高光催化劑的機械強度，增加光催化劑的使用壽命。載體有玻璃珠、珍珠巖、沸石、活性炭等[11-14]。尚會建等[11]利用活性炭作載體，采用溶膠-凝膠法將TiO2負載到活性炭上，制成固載型AC/TiO2光催化劑來降解廢水中氨氮。發現固載型催化劑對模擬氨氮廢水的處理效果好，而且催化劑機械強度大，損失減少，重復使用5次活性也不怎么變化。

2.2 電化學氧化法

電化學氧化法處理氨氮分兩種，一種是利用電場作用，使氨氮直接在陽極板上失去電子發生氧化反應；第二種是依靠電解過程中產生的強氧化性中間產物氧化氨氮，在這里分為存在Cl-和不存在Cl-兩種情況， 存在Cl-時去除氨氮類似于折點氯化法，不存在Cl-時主要是·OH氧化氨氮。

關于電化學氧化氨氮機理的研究，大多是推斷而來[17]。為進一步明晰電化學氧化法處理氨氮的反應歷程，王春榮等[18]在最佳電解反應條件下，采用高效液相色譜對多種影響因素下的活性物質及中間產物進行了定量分析。實驗結果表明，·OH量隨電流密度的增加而增加，Cl-的存在和堿性條件都不利于·OH的產生；在Cl-存在條件下，氨氮的去處主要是Cl-參與的類似折點氯化法的間接氧化；溶液pH盡量保持在中性或酸性條件，以及電流密度最好大些，因為這樣產生的NO2-和氯胺有害副產物就能更少。

電化學氧化法處理氨氮也有傳統的二維電極電化學氧化法和新型的三維電極法之分，三維電極法較二維電極法有較高的面體比和電流效率，且時空產率更大[19]，因此，近年來三維電極電化學氧化法處理氨氮成為了電化學氧化法處理氨氮的研究熱點。

3 結論與展望

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