氨氮废水处理

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。

处理氨氮污染物的方法有很多，目前主要有生物法、吹脱法、化学沉淀法、折点氯化法、离子交换法等。然而这些氨氮处理方法都有各自的局限性，如生物法占地面积大、运行条件较苛刻，吹脱法能耗大、出水氨氮较高，化学沉淀法用药量大、成本高，折点氯化法会产生氯胺二次污染物，离子交换法树脂用量大，再生难等。

因此，如何经济有效地控制氨氮污染，使其达到国家要求的排放标准已成为当前比较关注的热点。

高级氧化技术

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，AOPs处理氨氮污染物的应用研究主要包括光催化氧化技术和电催化氧化技术。

技术介绍

光催化氧化技术

光催化氧化技术处理氨氮一般是指在紫外光的激发下，半导体催化剂表面产生的电子-空穴对与吸附在催化剂表面的溶解氧和水等物质作用产生氧化性极强的·OH，从而引起氧化一还原反应氧化分解氨氮污染物的一种方法。其中，半导体催化剂有TiO2、ZnO、SnO2等，而目前主要以TiO2系列催化剂处理氨氮污染物的研究报道较多。

利用水热法制备纳米TiO2，并用于低浓度氨氮废水的光催化降解。实验结果表明，在实验最佳条件下，NH4+-N去除率可达90%以上。实验还通过对最终产物的检测发现，反应最终产物硝态氮和亚硝态氮的含量均较低，说明该催化剂具有良好的光催化氧化NH4+-N转化为N2的选择性。

TiO2光催化氧化氨氮的影响因素有TiO2浓度、pH、温度和光照时间等。其中pH值是对反应影响最大的因素。当溶液为酸性时，几乎没有氨氮被氧化，当pH值为7.2～9.9时，反应6h后约有21%的氨被氧化，而当pH值≥9.9时，有67%的氨氮被氧化。对产物的检测发现，随着pH值的增加，亚硝态氮的比例不断增加，而硝态氮在pH值从7.2到12.5变化时，比例先增大后减小，最大值出现在pH值9.8，光催化剂TiO2浓度对反应也有一定的影响，随着TiO2浓度变大，氨氮的降解率和硝酸根的生成量均增大，而亚硝酸根的生成量不断变小。

很多研究者通过对TiO2进行掺杂改性，提高了TiO2光催化氧化氨氮的效率，有的还增加了TiO2催化剂对氨氮转化为氮气的选择性。对TiO2进行负载处理，可提高光催化剂的机械强度，增加光催化剂的使用寿命。载体有玻璃珠、珍珠岩、沸石、活性炭等。尚会建等利用活性炭作载体，发现固载型催化剂对氨氮废水的处理效果好，而且催化剂机械强度大，损失减少，重复使用5次活性也不怎么变化。

电催化氧化技术

电催化氧化技术处理氨氮分两种，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。

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。有实验研究，通过对电催化氧化处理氨氮中的氨氮去除率，NO2-和NO3-的产生量进行分析，讨论不同阳极材料的循环伏安曲线，对三种常见的阳极材料Ta-Ir/TiO2，Rh-Ir/TiO2和PbO2/TiO2用于电化学氧化法处理氨氮的电化学性能作出了评价。结果表明，PbO2/TiO2很适合解压床氨氮的直接氧化，而在PAC填料反应器中，由于PAC的存在，三个阳极直接氧化氨氮的效率相似，当反应体系中存在Cl-时，Rh-Ir/TiO2是三者中最有效的间接氧化氨氮的阳极材料。

关于电化学氧化氨氮机理的研究，大多是推断而来。有实验结果表明，·OH量随电流密度的增加而增加，Cl-的存在和碱性条件都不利于·OH的产生，在Cl-存在条件下，氨氮的去处主要是Cl-参与的类似折点氯化法的间接氧化，溶液pH尽量保持在中性或酸性条件，以及电流密度最好大些，因为这样产生的NO2-和氯胺有害副产物就能更少。

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分割线

电催化氧化技术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，近年来三维电极催化氧化法也成为了电催化氧化技术的研究热点。

利用自制的三维电极氧化装置对氨氮废水进行处理，考察三维电极法处理氨氮的各个影响因素，包括电解时间、电解电压、Cl-浓度和pH值，并对氨氮的主要去除途径和氧化机理进行了分析。结果表明，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。

写在最后：

在AOPs降解氨氮研究中，光催化氧化技术、电催化氧化技术更为广泛。但由于AOPs的成本缺陷，大多都是进行的实验室研究，在工程应用上的研究较少。

另外，在大多研究成果中，·OH很容易将氨氮氧化为NO2-和NO3-，希望后续能深入分析中间及最终产物并控制适当因素或加入最佳催化剂以减少NO2-和NO3-的产生，使AOPs降解氨氮最大化的转化为N2。