電化學處理含氮廢水技術(shù)的研究

肖楚豐

（深圳市豐綠環(huán)保科技有限公司，廣東 深圳 518101）

近幾十年來，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展，城市生活污水和垃圾滲濾液水量快速增長，其中含氮化合物含量也急劇上升。含氮化合物一般包括有機氮、氨氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮等一種或幾種形態(tài)，這類廢水來源廣泛、結(jié)構(gòu)復雜、排放量大，大量含氮污染物未經(jīng)處理排放至自然水體中極易導致富營養(yǎng)化，嚴重威脅生態(tài)環(huán)境以及危害人類健康，因此氮濃度已經(jīng)成為水環(huán)境質(zhì)量標準和廢水排放的必要控制指標。生化法和物化法是當今含氮廢水的主要處理技術(shù)，前者效率低、穩(wěn)定性差，后者成本高、控制難，特別是在處理成分復雜的實際廢水時受到多種因素影響很難達到理想的處理效果。尋求穩(wěn)定高效低成本的含氮廢水處理技術(shù)成為研究的熱點[1]。

1 含氮廢水主要處理技術(shù)

1.1 物化法

物化法處理不同形態(tài)的含氮廢水主要包括以下幾種：吸附法、萃取法等處理有機氮廢水；膜分離法、離子交換法等處理硝態(tài)氨廢水；沉淀法、吹脫法、離子交換法等處理氨氮廢水。此外還包括折點加氯、電化學氧化、超聲波分解、濕式氧化等技術(shù)[2]。由于操作復雜，成本較高，不利于大流量含氮廢水處理。

1.2 生化法

生化脫氮技術(shù)包括如A/O、SBR和氧化溝等傳統(tǒng)脫氮工藝以及同步硝化反硝化（SND）、短程硝化反硝化（SHARON工藝）、厭氧氨氧化（ANAM-MOX工藝）和全程自氧脫氮工藝（OLAND和CANON工藝）等新型生化脫氮工藝。生化脫氮技術(shù)運行成本較低，適用于大流量含氮廢水處理，但穩(wěn)定性較差，還需考慮碳源與堿度問題以及污泥處理處置等問題[3]。

2 電化學處理含氮廢水

電化學處理含氮廢水由于去除效果好、成本低而且產(chǎn)物無毒害作用，在焦化廢水、電鍍廢水、藥廠廢水及養(yǎng)殖廢水等領(lǐng)域取得一定效果。在含氮廢水處理領(lǐng)域，電化學作為一種新興的高效綠色處理技術(shù)受到關(guān)注[4]。有研究表明采用電化學處理高氨氮廢水，經(jīng)過90 min電化學處理后，氨氮氧化去除率可達87.62%。

3 電化學處理含氮廢水的影響因素

3.1 pH值的影響

研究表明，pH值變化對電化學處理含氮廢水效果的影響不同，原因也各異。有研究將鐵顆粒填充物填充在三維電極中處理300 mg/L氨氮廢水，結(jié)果顯示此方法顯著提高了處理效果，并且最佳氨氮去除效果是在中性條件下取得，主要原因是，調(diào)節(jié)pH至中性過程中引入了Cl-，由于電氧化Cl-為ClO-等強氧化性基團從而增加了氧化氨氮效果。有實驗表明，由于N03—N在pH<7的條件下可被還原為NH4+-N，所以導致結(jié)果為氨氮濃度反而增加，故在酸性溶液中總氮去除率較低。有實驗以鉍-銅材料為陰極引入電催化反硝化過程，含氮廢水在未調(diào)節(jié)pH值的條件下依然能達到較好的處理效果。有實驗結(jié)果表明，在pH>7情況下，氨氮的去除率較高，指出在pH值大于7時氨才開始發(fā)生氧化，其中11%的NH3被氧化成硝酸鹽，其余是氮氣。實驗還表明，高氯酸鈉中氨電化學氧化處理過程中，得出只有在pH>7的情況下，氨的氧化才發(fā)生，在堿性條件下氨氨被直接氧化為氮氣[5]。

3.2 氯離子的影響

有研究表明采用電化學方法處理含氮廢水時，發(fā)現(xiàn)氯離子存在條件下就可以實現(xiàn)氨氮的去除，不需要調(diào)整pH值。這是由于Cl-不僅提高了溶液的導電性，而且在陽極失電子生成了具有強氧化性的Cl2、ClO-等系列物質(zhì)，NH4+-N主要是被ClO-、Cl2等強氧化性物質(zhì)間接氧化成單質(zhì)氮氣去除的，從而提高了對氨氮的氧化效果。實驗表明C1-濃度直接影響Cl2、ClO-等強氧化性物質(zhì)生成數(shù)量，脫氮效果從而受到影響。實驗結(jié)果顯示，Cl-濃度低于20 mg/L時，Cl2、CLO-等強氧化性物質(zhì)的產(chǎn)生量較少，NH4+-N氧化效果不明顯；當Cl-濃度為20～2 000 mg/L時，隨著Cl-濃度提高，Cl2、ClO-等強氧化性物質(zhì)數(shù)量也隨之增加，NH4+-N氧化效果顯著提高，有毒含氯中間產(chǎn)物也有所減少；當Cl-濃度大于2 000 mg/L時，雖然NH4+-N氧化效果顯著，但也明顯增加毒性副產(chǎn)物，造成二次污染。Cl-濃度同時影響了NH4+-N和亞硝酸鹽的去除，Cl-衍生的Cl2、ClO-等強氧化性物質(zhì)使亞硝酸鹽立即被氧化成硝酸鹽。Cl-衍生的Cl2、ClO-等強氧化性物質(zhì)增加了電化學系統(tǒng)的氧化性，削弱了硝酸鹽的還原速率，抑制了硝態(tài)氮的去除[6]。綜上所述，各種形態(tài)含氮化合物的去除均受到廢水中氯離子的明顯影響，因此氯離子最佳濃度的確定在電化學反應中至關(guān)重要。

3.3 填充粒子的影響

有研究表明，采用三維電極反應系統(tǒng)可以顯著提高含氮廢水的處理效果，即將活性粒子填充在正負極板間，因電場感應效應，填充粒子成為電化學反應場所，這顯著提高了電流效率。實驗結(jié)果顯示，在對硝態(tài)氮進行電化學處理中，通過加入鐵顆粒優(yōu)化沸石填料，硝酸鹽的去除率在最優(yōu)條件下可達95%。這是由于反應位點的數(shù)量隨著極化鐵顆粒的數(shù)量而增加，不僅減少了硝酸鹽的質(zhì)量傳遞也降低了能耗[7]。電化學處理中離子交換過程是通過提高離子遷移率得以促進的，這使得氨在沸石上吸附速度提高，硝酸鹽的去除效率由于鐵顆粒的存在也顯著提高了，這是由于鐵顆粒的存在，使得電化學系統(tǒng)的導電性增強了，粒子間的無效碰撞同時減少，反應速度得以提高并且能耗也明顯降低。

4 結(jié)論

由于具有氧化和還原雙重效應，電化學技術(shù)在處理不同形態(tài)含氮廢水時均效果顯著。但在實踐運用中，由于實際水質(zhì)復雜，使用電化學處理實際廢水會發(fā)生大量副反應，使處理過程變得復雜，并可能抑制或增強含氮化合物的去除，因此需要進一步探究如何消除共存組合的抑制作用。