電催化氧化法處理含氨氮廢水及工藝設計方案

譚玉虎　孫戈　劉柏年　俞金山

摘 要：文章根據濕法生產車間廢水特點，研究了采用電催化氧化法處理含氨氮工業廢水的可行性，分別考察了廢水中氨氮含量、氧化時間、廢水中氯離子含量對處理效果的影響。試驗結果表明：電催化氧化法處理廢水中的氨氮工藝路線可行，最佳條件為：進水氨氮濃度小于400mg/L，氧化時間90分鐘，廢水中氯離子含量1.5g/L，在此條件下，氧化效率能達到90%以上，廢水中殘留氨氮小于30mg/L。最后，針對車間廢水特點設計了可行的處理方案。

關鍵詞：電催化氧化法；吹脫法；氨氮；廢水處理；工業廢水

文章以濕法生產車間廢水為例，主要研究了采用電催化氧化法去除工業廢水中氨氮的可行性及最佳條件，然后根據試驗結果，設計了廢水處理工藝流程。

1 電催化氧化法處理氨氮機理

化學技術的基本原理就是使污染物在電極上直接發生電化學反應或利用電極表面產生的強氧化性物質使污染物發生氧化還原反應，后者稱為間接電化學反應。如圖1所示：

電催化氧化（ECO）機理主要是通過電極和催化材料的作用產生超氧自由基（·O2）、H2O2、羥基自由基（·OH）等活性基團來氧化水體中的污染物，若溶液中有Cl-存在，還可能有Cl2、HClO-及ClO-等氧化劑存在，能大大提高降低污染物的能力[1]。

電催化氧化法利用陽極氧化性可直接或間接地將氨氮氧化，具有較高的去除率，該方法操作簡便自動化程度高，不需要添加氧化還原劑，避免污泥的二次污染，能量效率高，反應條件溫和，常溫常壓下即可。其缺點是耗電量大[2]。

2 實驗部分

2.1 試驗過程

針對濕法生產車間廢水特點，為了研究電催化氧化法去除氨氮最佳條件，做了以下實驗：進水來自某濕法生產車間產生的含氨氮廢水，初始氨氮含量約為1500mg/L，稀釋后作為實驗用水，通過調節氧化電流及電壓，控制氧化時間，調節進水中氯離子含量，達到去除廢水中氨氮的效果。

2.2 試驗裝置

3 結果與討論

3.1 氧化時間對去除效率的影響

生產線含氨氮廢水經稀釋后，氨氮含量329.28mg/L作為實驗用水，固定電流（80A）電壓（5.0V），進水中氯離子含量小于0.5g/L，PH：8.2，調整循環時間，實驗結果見圖3。

由圖3可看出：進水氨氮濃度為329.28mg/L，當氧化時間大于90分鐘時，去除效率大于80%，殘留氨氮含量小于65mg/L。繼續增加氧化時間，去除效率略有提高，但幅度不大，另外，考慮隨著氧化時間的延長，會增加耗電量，增加處理成本，因此，確定最佳氧化時間為90分鐘。

3.2 進水濃度對去除效率的影響

生產線含氨氮廢水經稀釋后，固定電流（80A）電壓（5.0V），進水氯離子含量小于0.5g/L，PH：7.9，氧化時間90分鐘，改變進水中氨氮含量，結果如圖4所示。

由圖4可看出：當進水中氨氮在400mg/L左右時，去除效率可達到85%以上，出水氨氮含量小于60mg/L，提高進水中氨氮含量，殘留氨氮大于100mg/L。因此，試驗中選擇進水氨氮小于400mg/L。

3.3 氯離子含量對去除效率的影響

生產線含氨氮廢水經稀釋后，氨氮濃度為340-450mg/L，固定電流（80A）電壓（5.0V），氧化時間90分鐘，PH：8.1，改變進水中氯離子含量，結果如圖5、6所示。

4 工業設計方案

根據以上試驗，電催化氧化實驗最佳條件為：進水中氨氮含量400mg/L左右，氧化時間90分鐘，進水中氯離子含量1.5g/L，去除效率可達到95%以上，氧化后殘留氨氮小于30mg/L。

結合車間廢水特點：氨氮含量1500-2000mg/L，PH：7-8。我們推薦設計工藝方案為：首先采用兩級吹脫去除廢水中80%的氨氮，剩余氨氮采用電催化氧化，吹脫后氨氮采用稀鹽酸吸收后返回氧化池，可增加其中氯離子含量，降低成本。

整個工藝流程可分為五個部分：PH調節、溫度調節、吹脫、吸收、氧化。PH調節采用NaOH將廢水PH調至11-12；溫度調節采用飽和蒸汽將廢水升溫至30℃以上；吹脫部分采用吹脫法除氨氮，盡可能降低廢水在的氨氮；氨氮吸收部分采用稀鹽酸吸收吹脫出的氨氮，并返回氧化池利用；氧化部分采用電催化氧化法去除吹脫后廢水中殘余的氨氮，達到排放要求[3]。

5 結束語

文章根據濕法生產車間廢水特點，研究了電催化氧化法處理含氨氮廢水的可行性，從處理成本等方面考慮，通過試驗，得出電催化氧化法處理氨氮的最佳條件：進水氨氮濃度小于400mg/L，氧化時間90分鐘，進水中氯離子含量1.5g/L，則噸水耗電量約30KWh。根據廢水特點，結合試驗結論，設計了采用“吹脫+電催化氧化法”處理廢水中氨氮含量在1500-2000mg/L的工藝方案。

參考文獻

[1]曾次元，李亮，趙心越，等.電化學氧化法除氨氮的影響因素[J].復旦大學學報，2006，45（3）：348-352.

[2]商娟，馮秀娟.電化學在低濃度氨氮廢水處理中的研究進展[J].中國資源綜合利用，2010，28（12）：33-35.

[3]胡繼峰，劉懷.含氨廢水處理技術及工藝設計方案[J].水處理技術，2003，29（4）：244-246.

作者簡介：譚玉虎（1980-），男，工程師，一直從事粉體材料工藝技術及裝備開發工作。