电催化氧化法处理含氨氮废水及工艺设计方案

谭玉虎　孙戈　刘柏年　俞金山

摘 要：文章根据湿法生产车间废水特点，研究了采用电催化氧化法处理含氨氮工业废水的可行性，分别考察了废水中氨氮含量、氧化时间、废水中氯离子含量对处理效果的影响。试验结果表明：电催化氧化法处理废水中的氨氮工艺路线可行，最佳条件为：进水氨氮浓度小于400mg/L，氧化时间90分钟，废水中氯离子含量1.5g/L，在此条件下，氧化效率能达到90%以上，废水中残留氨氮小于30mg/L。最后，针对车间废水特点设计了可行的处理方案。

关键词：电催化氧化法；吹脱法；氨氮；废水处理；工业废水

文章以湿法生产车间废水为例，主要研究了采用电催化氧化法去除工业废水中氨氮的可行性及最佳条件，然后根据试验结果，设计了废水处理工艺流程。

1 电催化氧化法处理氨氮机理

化学技术的基本原理就是使污染物在电极上直接发生电化学反应或利用电极表面产生的强氧化性物质使污染物发生氧化还原反应，后者称为间接电化学反应。如图1所示：

电催化氧化（ECO）机理主要是通过电极和催化材料的作用产生超氧自由基（·O2）、H2O2、羟基自由基（·OH）等活性基团来氧化水体中的污染物，若溶液中有Cl-存在，还可能有Cl2、HClO-及ClO-等氧化剂存在，能大大提高降低污染物的能力[1]。

电催化氧化法利用阳极氧化性可直接或间接地将氨氮氧化，具有较高的去除率，该方法操作简便自动化程度高，不需要添加氧化还原剂，避免污泥的二次污染，能量效率高，反应条件温和，常温常压下即可。其缺点是耗电量大[2]。

2 实验部分

2.1 试验过程

针对湿法生产车间废水特点，为了研究电催化氧化法去除氨氮最佳条件，做了以下实验：进水来自某湿法生产车间产生的含氨氮废水，初始氨氮含量约为1500mg/L，稀释后作为实验用水，通过调节氧化电流及电压，控制氧化时间，调节进水中氯离子含量，达到去除废水中氨氮的效果。

2.2 试验装置

3 结果与讨论

3.1 氧化时间对去除效率的影响

生产线含氨氮废水经稀释后，氨氮含量329.28mg/L作为实验用水，固定电流（80A）电压（5.0V），进水中氯离子含量小于0.5g/L，PH：8.2，调整循环时间，实验结果见图3。

由图3可看出：进水氨氮浓度为329.28mg/L，当氧化时间大于90分钟时，去除效率大于80%，残留氨氮含量小于65mg/L。继续增加氧化时间，去除效率略有提高，但幅度不大，另外，考虑随着氧化时间的延长，会增加耗电量，增加处理成本，因此，确定最佳氧化时间为90分钟。

3.2 进水浓度对去除效率的影响

生产线含氨氮废水经稀释后，固定电流（80A）电压（5.0V），进水氯离子含量小于0.5g/L，PH：7.9，氧化时间90分钟，改变进水中氨氮含量，结果如图4所示。

由图4可看出：当进水中氨氮在400mg/L左右时，去除效率可达到85%以上，出水氨氮含量小于60mg/L，提高进水中氨氮含量，残留氨氮大于100mg/L。因此，试验中选择进水氨氮小于400mg/L。

3.3 氯离子含量对去除效率的影响

生产线含氨氮废水经稀释后，氨氮浓度为340-450mg/L，固定电流（80A）电压（5.0V），氧化时间90分钟，PH：8.1，改变进水中氯离子含量，结果如图5、6所示。

4 工业设计方案

根据以上试验，电催化氧化实验最佳条件为：进水中氨氮含量400mg/L左右，氧化时间90分钟，进水中氯离子含量1.5g/L，去除效率可达到95%以上，氧化后残留氨氮小于30mg/L。

结合车间废水特点：氨氮含量1500-2000mg/L，PH：7-8。我们推荐设计工艺方案为：首先采用两级吹脱去除废水中80%的氨氮，剩余氨氮采用电催化氧化，吹脱后氨氮采用稀盐酸吸收后返回氧化池，可增加其中氯离子含量，降低成本。

整个工艺流程可分为五个部分：PH调节、温度调节、吹脱、吸收、氧化。PH调节采用NaOH将废水PH调至11-12；温度调节采用饱和蒸汽将废水升温至30℃以上；吹脱部分采用吹脱法除氨氮，尽可能降低废水在的氨氮；氨氮吸收部分采用稀盐酸吸收吹脱出的氨氮，并返回氧化池利用；氧化部分采用电催化氧化法去除吹脱后废水中残余的氨氮，达到排放要求[3]。

5 结束语

文章根据湿法生产车间废水特点，研究了电催化氧化法处理含氨氮废水的可行性，从处理成本等方面考虑，通过试验，得出电催化氧化法处理氨氮的最佳条件：进水氨氮浓度小于400mg/L，氧化时间90分钟，进水中氯离子含量1.5g/L，则吨水耗电量约30KWh。根据废水特点，结合试验结论，设计了采用“吹脱+电催化氧化法”处理废水中氨氮含量在1500-2000mg/L的工艺方案。

参考文献

[1]曾次元，李亮，赵心越，等.电化学氧化法除氨氮的影响因素[J].复旦大学学报，2006，45（3）：348-352.

[2]商娟，冯秀娟.电化学在低浓度氨氮废水处理中的研究进展[J].中国资源综合利用，2010，28（12）：33-35.

[3]胡继峰，刘怀.含氨废水处理技术及工艺设计方案[J].水处理技术，2003，29（4）：244-246.

作者简介：谭玉虎（1980-），男，工程师，一直从事粉体材料工艺技术及装备开发工作。