電催化氧化在氨氮高鹽廢水處理中的應用分析

魏立新

（山東睿鷹制藥集團有限公司，山東 菏澤 274000）

1 氨氮高鹽廢水處理的必要性

近年來，我國經濟發展的速度很快，化學行業和制藥行業都在不斷發展，導致氨氮高鹽廢水的排放量不斷增加，而采用傳統的處理方法，無法全面清除污水中的氮，導致水中氮含量增加，使水體被污染的同時，出現了水體的富營養化，影響了周邊的水質。通過調查研究發現，由于傳統的污水處理方法成本比較高，使一些企業將未經完全處理的污水排放至地表，造成十分嚴重的污染。因此，國家對企業的環保指標提出了嚴格要求，要確保氨氮和鹽的全面處理[1]。

氨氮本身的產生主要來自自然界和人類的影響，自然界的影響主要是大氣降水和降塵、生物固氮反應等，而人類的影響主要是生活污水、工業廢水和垃圾滲液等。氨氮大量進入地表，會使水體受到嚴重影響，導致水藻不斷生長，出現嚴重的富營養化，甚至產生毒性的亞硝酸鹽，進而出現水生生物的滅絕，也會嚴重影響人們的身體健康。因此對于氨氮高鹽廢水進行全面、合格的處理，不但與人們的身體健康息息相關，更關系到自然的和諧發展。

2 氨氮廢水的傳統處理方法

在對氨氮廢水進行全面處理時，較為常用的方法主要是物理方法，通過應用物理方法，可以實現氨氮和離子的交換，進而去除氨氮。而化學方法、生物方法中最重要的是電催化氧化法，其中最主要的是微點接觸氨氮等方法。

2.1 生物法

采用生物方法處理氨氮廢水，是通過微生物自身的氨化反應，將氨氮廢水中的有機氮轉化為氨氮。而氨氮的形成會在氧氣的影響下，逐步轉變成二氧化氮和三氧化氮離子，但是如果氧氣不充足，會轉變為氮氣，主要的生物方法一般為短程硝化和反硝化反應。在采用生物法時，為了保障生物本身的活性，需要將溫度控制在35 ℃左右，溶液的pH值控制在7.5左右。當氨氮廢水中所含的氨氮濃度較高時，氧氣的消耗量較大，如果此時氧氣不足就會導致亞硝化反應。由于生物反應是利用生物自身的活性，且其活性會受到溫度變化和廢水毒性的影響，導致氨氮硝化反應效果變差，因此采用生物法尤其是要注重外界因素的影響[2]。

2.2 吹脫法

氨氮廢水最常用的處理方法是吹脫法，利用該方法可以實現三氫化銨的回收，再利用合理的方法對其進行相應的回收和應用。但是應用吹脫法時，不能只看氨氮廢水的脫出率，還需做好二次污染的全面控制。對于吹脫法所產生的氨氣，如果將其吹脫而出，需要做好全面的排放控制，減少對環境的二次污染。在采用吹脫法的時候，首先要控制好溶液的pH值，當氨氮轉化為游離氨離子后，再將其中多余的氨氮吹脫而出，就能夠實現氨氮溶液的無害化處理。一般吹脫溫度為40 ℃，但pH值需要控制在11左右，整體的處理效率會超過95%。采用該方法必須要使用大量堿，這會導致二次污染的出現，因此需要全面分析，以減少污水的二次污染[3]。

2.3 離子交換法

離子交換方法主要是對氨氮污水中的懸浮物進行陽離子交換，實現銨根離子和樹脂中氫離子的交換，從而去除廢水中的氨氮。通過對以往的研究和分析情況進行總結發現，利用氨氮離子交換法能夠實現90%以上的處理比例。因此，可以利用該方法處理氨氮廢水，整個過程操作較為簡單，而且去除率比較高。但由于后續再生液的處理較難，成本偏高，因此使用離子交換法，必須要考慮再生液的二次污染以及資金問題[4]。

2.4 折點氯化法

折點氯化法主要是將大量氯氣注入到氨氮廢水中，并在不停的注入過程中，氨氮廢液中的氯含量會不斷增加，最終逐漸達到一定的折點，而這個點，就是最理想的折點。當氨氮濃度為零時，繼續通入氯氣，可實現活性氯的增加，進而實現氨氮的析出。折點氯化法主要是先采用吹脫法，然后再利用折點氯化法進行處理，能夠實現氨氮廢液處理率的明顯提升。但使用該方法會產生一定量的氯氨及其他有毒物質，也會導致二次污染[5]。

2.5 化學沉淀法

化學沉淀方法主要是向氨氮廢水中加入易溶解的鎂離子、硫酸根離子等化學制劑，實現離子本身和氨氮的反應，形成難以溶解的鹽類或者是其他沉淀物，再經過濾去除廢水中的氨氮。但是如果加入純度偏低的鎂離子，就會影響氨氮的提取過程，導致氨氮去除率偏低。一般來說，采用化學沉淀法，只要加入的化學制劑充足，就能夠實現廢水中氨氮的較高清理，整個過程需要做好全面的溫度控制，受到的外界影響比較小，但是所添加的化學試劑成本較高，對資金的要求也相對較高[6]。

2.6 催化氧化法

催化氧化法是在氨氮廢水中添加一定量的催化劑和氧化劑，使氨氮逐漸轉化為氮氣。催化氧化技術比較常見的是光催化氧化法。該方法是利用紫外線，結合協同效應，實現雙氧水中氧化氫離子的析出，進而去除廢水中的有機物。而濕式催化氧化所利用的主要是溶解分子實現有害物質的氧化，也可以利用貴金屬催化劑，實現該過程，但是對資金的消耗比較高。電催化氧化法在處理高氨氮高鹽廢水時，有較好的應用效果，且不會形成二次污染[7]。該過程由于沒有加入任何化學試劑，且是一個連續的過程，不僅能夠實現有機物的及時去除，還能夠實現污水的殺毒滅菌，因而有較好的處理效果，而且所使用的設備也較為簡單。雖然整個處理過程可以在常溫下完成，但是整個過程并不完善，需要與其他工藝配合使用[8]。

3 電催化氧化機理

電催化氧化法主要是利用電子轉移實現污染物的氧化，進而達到最終的氧化標準，實現污染物的去除或者是氧化失效。通過電催化氧化法在氨氮廢水處理中的應用，能夠實現電催化氧化和間接催化氧化，尤其是可以利用高活性的DAS電極。

3.1 陽極直接電催化氧化

陽極直接電催化氧化是一種目前被廣泛認可和接受的方法。通過實驗分析研究發現，有機物反應能夠實現陽極金屬氧化物和產物的結合，使氨氮污染物的析出。通過分析反應過程發現，主要是在陽極表面首先實現電子的轉移，然后在堿性液體中，形成本身具有吸附性的氫氧化氮，實現電極陽極的氧化反應，最終實現活性氧原子的吸附和形成，有效降低有機物的毒性，實現污染物本身的快速析出[9]。

3.2 陽極間接電催化氧化

所謂陽極間接電催化氧化法主要是溶液離子在電極表面實現電子得失，產生具有較強氧化性的中間物質，然后實現廢水中污染物的去除。電催化氧化技術被廣泛應用于各種廢水的處理中，可構建一個完整的污染物處理單元，但是無法實現單獨的分類和使用。

4 電催化氧化電極的選擇

4.1 碳素電極

碳素電極是最常用的電極，其本身的導電性較好，而且接觸面積較大，再加上價格偏低，所以應用十分廣泛。通過對電極的分析發現，碳纖維和石墨都是較常見的碳素電極，但由于碳纖維和石墨結構容易發生變化，所以碳素本身的結構也容易發生變化。通過相應的分析和研究發現，在活性炭本身吸附沒有達到飽和的時候，有機物整體的去除效率較高，如果表面形成了有機物模，必然會影響去除率。因此使用碳素電極時，一定要充分考慮到有機物的析出和影響[10]。

4.2 金屬電極

金屬電極本身的導電性十分良好，但是金屬本身在放入污染液體中時，容易出現溶解的問題，進而出現陽極電極本身的損耗，或者是出現電解液的二次污染，導致污水的處理結果受到影響[11]。

4.3 金屬氧化物電極

金屬氧化物電極具有金屬電極的穩定性和高催化性，一般來說主要是利用金屬鈦。但是金屬鈦本身的價格比較貴，而其自身的耐腐蝕性比較強，電極較為穩定。在應用金屬氧化物電極時，金屬氧化物涂層表面會形成高親水性的羥基化膜，應用效果較為良好[12]。

5 電催化氧化法在污水處理中的應用

由于不同廢水的組成存在明顯差異，例如較常見的制革廢水，其特點主要是包含的污染物種類較多，且廢水具有較高的堿性，而且在日常運轉中，污水的產生量比較高。在采用電催化氧化方法進行制革污水處理時，所使用的主要是金屬電極和碳素電極。由于垃圾滲濾液的形成較為特殊，因而污染物的種類很復雜，且毒性較強，再加上有機物的發酵，使廢水中氨氮的含量比較高，且在后續處理中所需要的資金也比較高，同時，生物降解方式的處理效果也較為有限。電催化氧化對氨氮的去除主要是采用兩種方法，分別是陽極的直接氧化作用，是通過陽極氧化實現氨氮最終轉化為氮氣；另外一種所采用的是陽極間接養護方式，通過利用溶液中的氯離子產生氧化性較強的氯化氫，實現氨氮的氧化反應，從而去除廢水的氨氮污染。通過對電催化氧化過程的全面研究，還需要控制出水的放置時間和進水流量，一般來說，當氨氮濃度為40 mg/L時，采用的水流量為600 mL/min。電流密度越大，氨氮的去除率就越高，這主要是由氯離子本身的濃度所決定的[13]。

6 電催化氧化技術的發展趨勢

隨著現代工業的發展，產生污水是必然的，但是對于不同的污水尤其是氨氮高鹽廢水，必須要進行全面、及時地處理，采用電催化氧化方式，能夠實現基礎研究到應用研究的全面轉化，因而減少了污水的排放，實現了水資源的充分利用。電催化氧化技術是氨氮高鹽污水處理的重要技術，通過利用反應器和相應工藝，能夠實現污水的電子轉移，并結合強氧化物的種類反應，實現污染物的有效治理。合理利用電催化氧化技術，能夠進一步實現電極活性、選擇性、壽命的優化。通過逐步分析和設計，得到更好的反應器，逐步優化電催化氧化技術的整體條件。對于以往所采用的系統性電催化系統，需要對廢水進行氧化研究，全面分析電流強度、溫度等外界影響因素，進而獲得最優良的實驗條件，并得到最佳的實驗分析參數。

7 結語

氨氮高鹽污水主要來自于化工行業和制藥生物行業，因此需要充分重視氨氮高鹽污水的處理，減少氨氮污水對自然環境的影響[14]。傳統的處理方法效果并不理想，因此本文主要是對電催化氧化技術進行了全面分析，通過分析研究電催化氧化的技術特點，結合電極的選擇，綜合性地研究了具體的污水處理作用機理和效果，并提出了電催化氧化技術的未來發展趨勢，從而實現電催化氧化污水處理技術在氨氮高鹽污水中的合理應用，充分發揮其本身的重要作用。