电催化氧化在氨氮高盐废水处理中的应用分析

魏立新

（山东睿鹰制药集团有限公司，山东 菏泽 274000）

1 氨氮高盐废水处理的必要性

近年来，我国经济发展的速度很快，化学行业和制药行业都在不断发展，导致氨氮高盐废水的排放量不断增加，而采用传统的处理方法，无法全面清除污水中的氮，导致水中氮含量增加，使水体被污染的同时，出现了水体的富营养化，影响了周边的水质。通过调查研究发现，由于传统的污水处理方法成本比较高，使一些企业将未经完全处理的污水排放至地表，造成十分严重的污染。因此，国家对企业的环保指标提出了严格要求，要确保氨氮和盐的全面处理[1]。

氨氮本身的产生主要来自自然界和人类的影响，自然界的影响主要是大气降水和降尘、生物固氮反应等，而人类的影响主要是生活污水、工业废水和垃圾渗液等。氨氮大量进入地表，会使水体受到严重影响，导致水藻不断生长，出现严重的富营养化，甚至产生毒性的亚硝酸盐，进而出现水生生物的灭绝，也会严重影响人们的身体健康。因此对于氨氮高盐废水进行全面、合格的处理，不但与人们的身体健康息息相关，更关系到自然的和谐发展。

2 氨氮废水的传统处理方法

在对氨氮废水进行全面处理时，较为常用的方法主要是物理方法，通过应用物理方法，可以实现氨氮和离子的交换，进而去除氨氮。而化学方法、生物方法中最重要的是电催化氧化法，其中最主要的是微点接触氨氮等方法。

2.1 生物法

采用生物方法处理氨氮废水，是通过微生物自身的氨化反应，将氨氮废水中的有机氮转化为氨氮。而氨氮的形成会在氧气的影响下，逐步转变成二氧化氮和三氧化氮离子，但是如果氧气不充足，会转变为氮气，主要的生物方法一般为短程硝化和反硝化反应。在采用生物法时，为了保障生物本身的活性，需要将温度控制在35 ℃左右，溶液的pH值控制在7.5左右。当氨氮废水中所含的氨氮浓度较高时，氧气的消耗量较大，如果此时氧气不足就会导致亚硝化反应。由于生物反应是利用生物自身的活性，且其活性会受到温度变化和废水毒性的影响，导致氨氮硝化反应效果变差，因此采用生物法尤其是要注重外界因素的影响[2]。

2.2 吹脱法

氨氮废水最常用的处理方法是吹脱法，利用该方法可以实现三氢化铵的回收，再利用合理的方法对其进行相应的回收和应用。但是应用吹脱法时，不能只看氨氮废水的脱出率，还需做好二次污染的全面控制。对于吹脱法所产生的氨气，如果将其吹脱而出，需要做好全面的排放控制，减少对环境的二次污染。在采用吹脱法的时候，首先要控制好溶液的pH值，当氨氮转化为游离氨离子后，再将其中多余的氨氮吹脱而出，就能够实现氨氮溶液的无害化处理。一般吹脱温度为40 ℃，但pH值需要控制在11左右，整体的处理效率会超过95%。采用该方法必须要使用大量碱，这会导致二次污染的出现，因此需要全面分析，以减少污水的二次污染[3]。

2.3 离子交换法

离子交换方法主要是对氨氮污水中的悬浮物进行阳离子交换，实现铵根离子和树脂中氢离子的交换，从而去除废水中的氨氮。通过对以往的研究和分析情况进行总结发现，利用氨氮离子交换法能够实现90%以上的处理比例。因此，可以利用该方法处理氨氮废水，整个过程操作较为简单，而且去除率比较高。但由于后续再生液的处理较难，成本偏高，因此使用离子交换法，必须要考虑再生液的二次污染以及资金问题[4]。

2.4 折点氯化法

折点氯化法主要是将大量氯气注入到氨氮废水中，并在不停的注入过程中，氨氮废液中的氯含量会不断增加，最终逐渐达到一定的折点，而这个点，就是最理想的折点。当氨氮浓度为零时，继续通入氯气，可实现活性氯的增加，进而实现氨氮的析出。折点氯化法主要是先采用吹脱法，然后再利用折点氯化法进行处理，能够实现氨氮废液处理率的明显提升。但使用该方法会产生一定量的氯氨及其他有毒物质，也会导致二次污染[5]。

2.5 化学沉淀法

化学沉淀方法主要是向氨氮废水中加入易溶解的镁离子、硫酸根离子等化学制剂，实现离子本身和氨氮的反应，形成难以溶解的盐类或者是其他沉淀物，再经过滤去除废水中的氨氮。但是如果加入纯度偏低的镁离子，就会影响氨氮的提取过程，导致氨氮去除率偏低。一般来说，采用化学沉淀法，只要加入的化学制剂充足，就能够实现废水中氨氮的较高清理，整个过程需要做好全面的温度控制，受到的外界影响比较小，但是所添加的化学试剂成本较高，对资金的要求也相对较高[6]。

2.6 催化氧化法

催化氧化法是在氨氮废水中添加一定量的催化剂和氧化剂，使氨氮逐渐转化为氮气。催化氧化技术比较常见的是光催化氧化法。该方法是利用紫外线，结合协同效应，实现双氧水中氧化氢离子的析出，进而去除废水中的有机物。而湿式催化氧化所利用的主要是溶解分子实现有害物质的氧化，也可以利用贵金属催化剂，实现该过程，但是对资金的消耗比较高。电催化氧化法在处理高氨氮高盐废水时，有较好的应用效果，且不会形成二次污染[7]。该过程由于没有加入任何化学试剂，且是一个连续的过程，不仅能够实现有机物的及时去除，还能够实现污水的杀毒灭菌，因而有较好的处理效果，而且所使用的设备也较为简单。虽然整个处理过程可以在常温下完成，但是整个过程并不完善，需要与其他工艺配合使用[8]。

3 电催化氧化机理

电催化氧化法主要是利用电子转移实现污染物的氧化，进而达到最终的氧化标准，实现污染物的去除或者是氧化失效。通过电催化氧化法在氨氮废水处理中的应用，能够实现电催化氧化和间接催化氧化，尤其是可以利用高活性的DAS电极。

3.1 阳极直接电催化氧化

阳极直接电催化氧化是一种目前被广泛认可和接受的方法。通过实验分析研究发现，有机物反应能够实现阳极金属氧化物和产物的结合，使氨氮污染物的析出。通过分析反应过程发现，主要是在阳极表面首先实现电子的转移，然后在碱性液体中，形成本身具有吸附性的氢氧化氮，实现电极阳极的氧化反应，最终实现活性氧原子的吸附和形成，有效降低有机物的毒性，实现污染物本身的快速析出[9]。

3.2 阳极间接电催化氧化

所谓阳极间接电催化氧化法主要是溶液离子在电极表面实现电子得失，产生具有较强氧化性的中间物质，然后实现废水中污染物的去除。电催化氧化技术被广泛应用于各种废水的处理中，可构建一个完整的污染物处理单元，但是无法实现单独的分类和使用。

4 电催化氧化电极的选择

4.1 碳素电极

碳素电极是最常用的电极，其本身的导电性较好，而且接触面积较大，再加上价格偏低，所以应用十分广泛。通过对电极的分析发现，碳纤维和石墨都是较常见的碳素电极，但由于碳纤维和石墨结构容易发生变化，所以碳素本身的结构也容易发生变化。通过相应的分析和研究发现，在活性炭本身吸附没有达到饱和的时候，有机物整体的去除效率较高，如果表面形成了有机物模，必然会影响去除率。因此使用碳素电极时，一定要充分考虑到有机物的析出和影响[10]。

4.2 金属电极

金属电极本身的导电性十分良好，但是金属本身在放入污染液体中时，容易出现溶解的问题，进而出现阳极电极本身的损耗，或者是出现电解液的二次污染，导致污水的处理结果受到影响[11]。

4.3 金属氧化物电极

金属氧化物电极具有金属电极的稳定性和高催化性，一般来说主要是利用金属钛。但是金属钛本身的价格比较贵，而其自身的耐腐蚀性比较强，电极较为稳定。在应用金属氧化物电极时，金属氧化物涂层表面会形成高亲水性的羟基化膜，应用效果较为良好[12]。

5 电催化氧化法在污水处理中的应用

由于不同废水的组成存在明显差异，例如较常见的制革废水，其特点主要是包含的污染物种类较多，且废水具有较高的碱性，而且在日常运转中，污水的产生量比较高。在采用电催化氧化方法进行制革污水处理时，所使用的主要是金属电极和碳素电极。由于垃圾渗滤液的形成较为特殊，因而污染物的种类很复杂，且毒性较强，再加上有机物的发酵，使废水中氨氮的含量比较高，且在后续处理中所需要的资金也比较高，同时，生物降解方式的处理效果也较为有限。电催化氧化对氨氮的去除主要是采用两种方法，分别是阳极的直接氧化作用，是通过阳极氧化实现氨氮最终转化为氮气；另外一种所采用的是阳极间接养护方式，通过利用溶液中的氯离子产生氧化性较强的氯化氢，实现氨氮的氧化反应，从而去除废水的氨氮污染。通过对电催化氧化过程的全面研究，还需要控制出水的放置时间和进水流量，一般来说，当氨氮浓度为40 mg/L时，采用的水流量为600 mL/min。电流密度越大，氨氮的去除率就越高，这主要是由氯离子本身的浓度所决定的[13]。

6 电催化氧化技术的发展趋势

随着现代工业的发展，产生污水是必然的，但是对于不同的污水尤其是氨氮高盐废水，必须要进行全面、及时地处理，采用电催化氧化方式，能够实现基础研究到应用研究的全面转化，因而减少了污水的排放，实现了水资源的充分利用。电催化氧化技术是氨氮高盐污水处理的重要技术，通过利用反应器和相应工艺，能够实现污水的电子转移，并结合强氧化物的种类反应，实现污染物的有效治理。合理利用电催化氧化技术，能够进一步实现电极活性、选择性、寿命的优化。通过逐步分析和设计，得到更好的反应器，逐步优化电催化氧化技术的整体条件。对于以往所采用的系统性电催化系统，需要对废水进行氧化研究，全面分析电流强度、温度等外界影响因素，进而获得最优良的实验条件，并得到最佳的实验分析参数。

7 结语

氨氮高盐污水主要来自于化工行业和制药生物行业，因此需要充分重视氨氮高盐污水的处理，减少氨氮污水对自然环境的影响[14]。传统的处理方法效果并不理想，因此本文主要是对电催化氧化技术进行了全面分析，通过分析研究电催化氧化的技术特点，结合电极的选择，综合性地研究了具体的污水处理作用机理和效果，并提出了电催化氧化技术的未来发展趋势，从而实现电催化氧化污水处理技术在氨氮高盐污水中的合理应用，充分发挥其本身的重要作用。