低浓度氨氮废水的脱氮方法研究

从图 2( a) 中可以看出，氨氮废水初始浓度与电解反应时间表现出了良好的线性相关，当配置好的氨氮废水初始浓度从 100 mg /L 稀释变化为 10 mg / L 时，氨氮废水初始浓度与电解反应时间之间的线性相关系数分别为 0. 987 5、0. 996 2、0. 996 3、 0. 996 8、0. 999 9，符合反应动力学准零级标准，但溶液中氨氮的初始浓度值为 10 mg /L 时，经过 6 min左右的电化学氧化反应即可达到工业废水一级 A的排污标准; 经过 20 min 左右的电化学氧化反应，溶液中氨氮的浓度仅为 0. 03 mg /L，远远小于地表水Ⅰ级标准; 当溶液初始浓度为 20 mg /L 时，经过40 min 左右的电化学氧化反应溶液中氨氮的浓度即可达到 5 mg /L，即工业废水一级 A 的排污标准，由此说明，研究采用的电化学氧化脱氮方法对低浓度氨氮废水具有较好的脱氮效果，能够达到规定的排放标准。

从图 2( b) 中可以清楚地看出，电化学氧化脱氮方法对于氨氮废水溶液中的总氮同样具有较好的降解效果，除了浓度为 100 mg /L 的氨氮废水溶液中的总氮没有被完全降解去除外，其余三组浓度为 10、 20、50 mg /L 的氨氮废水溶液经过脱氮处理后总氮浓度均小于 1. 085 mg /L，根据电化学氧化脱氮方法的反应机理可知，低浓度氨氮废水中氨氮大部分被氧化为氮气降解掉，其中小部分被转化为硝酸盐氮等物质，这种脱氮方法能够减少二次污染。

如图 3 所示展示了氨氮废水初始浓度对电解反应中电流效率和能量消耗的影响。根据图 3 实验结果可以看出，随着初始浓度增加，电化学氧化脱氮装置的电流效率发生了明显下降，说明电化学氧化脱氮方法适合低浓度氨氮废水脱氮，实验装置的能耗变化波 动 较 大，当氨氮废水初始浓度水平为 100 mg /L 时，实验装置能耗迅速上升，降解废水中每克氨氮需要消耗 1. 7 kWh; 当氨氮废水初始浓度水平为 20 mg /L 时，实验装置能耗最小，降解废水中每克氨氮仅需要消耗 0. 87kWh。

 图 3 氨氮初始浓度对电流效率和能量的影响

3. 2 实验装置电流密度对废水中氨氮的影响

为了分析实验装置电流密度对废水中氨氮的降解影响，配置氨氮初始浓度为 20 mg /L 的溶液，在实验装置电流密度分别为 3、6、9、12 mA/cm2 的条件下进行电化学氧化脱氮测试，结果如图 4 所示。

 图 4 电流密度大小对脱氮的影响

观察图 4( a) 可以发现，溶液中氨氮浓度的降解效果线性相关系数按照实验装置电流密度从大到小排序依次为0. 990 3、0. 996 6、0. 992 3、0. 995 8，同样符合反应动力学准零级标准; 图 4( b) 显示溶液中总氮浓度的降解效果也与实验装置电流密度具有较好的线性相关关系，符合反应动力学准零级标准，当实验装置电流密度分别为 12、9、6、3 mA/c㎡ 时，溶液中氯离子浓度为 200 mg /L 时，对浓度为 20 mg /L的溶液做脱氮处理时氨氮浓度需要达到一级 B 的排放标准( 即 8 mg /L) ，分别需要 16 min、22 min、36 min 和 43 min; 达到一级 A 的排放标准( 即 5 mg /L) ，则分别需要 23 min、31 min、44 min 和 60 min，溶液中总氮浓度在相同的电解反应时间内也可达到一级 B 和一级 A 的排放标准，上述实验结果充分证明了实验装置电流密度较低时低浓度氨氮废水脱氮效果更好。

3. 3 溶液中氯离子浓度对氨氮降解效果的影响

实验配置氨氮初始浓度为 20 mg /L 的溶液作为样品测试对象，使用装置电流密度为 6 mA/c㎡，在氨氮废水溶液浓度分别为 100、200、300、400 mg /L的实验条件下进行电化学氧化脱氮测试，分析溶液中不同氯离子浓度对氨氮降解效果的影响，测试结果如图 5 所示。

根据图 5( a) 可知，随着溶液中氯离子浓度水平的不断增加，在相同电解反应时间内溶液中氨氮浓度和总氮浓度显著下降，处理氨氮浓度为 20 mg /L的溶液时，按照溶液中氯离子浓度由高到低氨氮降解达到一级 A 排放标准分别需要 25、27、38、67 min;

根据图 5( b) 可知，在相同的电化学氧化脱氮反应时间内，总氮降解同样能够达到一级 A 排放标准，且溶液中氨氮和总氮的降解均符合反应动力学准零级标准，说明采用电化学氧化脱氮方法在低浓度氨氮废水处理过程中能够取得较好的效果，且降解速度较快。

4 结论

针对提出的基于电化学处理的低浓度氨氮废水脱氮方法，通过三组测试得到了以下结论: 废水中氨氮的降解与溶液初始浓度具有线性相关关系，在废水初始氨氮浓度为 20 mg /L 时，电解能耗最小，降解废水中每克氨氮仅需要消耗 0. 87kWh; 废水中氨氮和总氮降解能耗随着电流密度的增大而上升，电流效率则随着电流密度的增大而下降; 电化学氧化脱氮过程中废水中氨氮和总氮的降解基本符合反应动力学准零级标准。电化学氧化脱氮方法对低浓度氨氮废水具有较好的脱氮效果。

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