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              江蘇銘盛環境

              氨氮工業廢水處理的高級氧化技術匯總 茂名廢水處理公司

              文章出處:未知發表時間:2022-04-08 13:05:12

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                氨氮是水環境中氮的主要形態,通常以游離氨(NH3)和銨離子(NH4+)兩種方式存在,當水為堿性時以NH3為主,酸性水時以NH4+為主。氨氮的來源分自然和人為兩大類。其中人為產生的氨氮主要來源于城鎮生活污水,畜禽養殖、種植和水產養殖的農業污水及鋼鐵、煉油和化肥等工業廢水,集中式污染管理設備廢水也會排放一定量的氨氮。近年來,頻繁發作的水華、赤潮黑臭水現象,水體富營養化的加重,水庫、湖泊水質的降落以及魚蝦類的大量死亡等都與氨氮的污染息息相關。另外,硝化細菌合成氨氮時會產生亞硝酸鹽,而亞硝酸鹽會與人體蛋白質分離構成亞硝胺的一種強致癌物質,這嚴重影響著人體安康。因而,如何經濟有效地控制氨氮污染,使其到達國家請求的排放規范已成為環境研討者所面臨的嚴重應戰。

               

                處置氨氮污染物的辦法有很多,目前主要有生物法、吹脫法、化學沉淀法、折點氯化法、離子交流法等。但是這些氨氮工業廢水處理辦法都有各自的局限性,如生物法占空中積大、運轉條件較苛刻,吹脫法能耗大、出水氨氮較高,化學沉淀法用藥量大、本錢高,折點氯化法會產生氯胺二次污染物,離子交流法樹脂用量大,再生難等。近年來,高級氧化技術(AOPs)因其能產生大量的強氧化性和無選擇性的羥基自在基(·OH)而備受環境研討者的關注。

               

                1、高級氧化技術

               

                AOPs是近30多年來環境范疇新開展起來的一項水處置技術,它主要是指在強氧化過程中產生以·OH為中心的強氧化劑,快速、無選擇性、徹底的氧化環境中的各類有機和無機污染物。近幾年來,遭到普遍研討的Fenton氧化法、臭氧氧化法、催化濕式氧化法、電化學氧化法、光催化氧化法、聲化學氧化法、超臨界水氧化法等都屬于AOPs。這些辦法都提及·OH反響,這是它們之間共同的特征,也是AOPs最重要的反響。只是產生·OH的方式不同,有的經過光,有的卻是經過電或者超聲等。·OH是一種氧化才能極強的氧化劑,其氧化復原電位達2.8eV,僅低于氟(規范氧化復原電位為3.08eV),是已知的第二強氧化劑,也是水處置中運用的最強氧化劑,且它的氧化性沒有選擇性,簡直能與水中的任何物質發作反響。因而,AOPs的應用越來越廣法。

               

                目前,AOPs處置氨氮污染物的應用研討主要包括光催化氧化法和電化學氧化法。

               

                2、高級氧化技術處置氨氮廢水的應用研討

               

                2.1 光催化氧化法

               

                光催化氧化法處置氨氮普通是指在紫外光的激起下,半導體催化劑外表產生的電子-空穴對與吸附在催化劑外表的溶解氧和水等物質作用產生氧化性極強的·OH,從而惹起氧化一復原反響氧化合成氨氮污染物的一種辦法。其中,半導體催化劑有TiO2、ZnO、SnO2等,而目前主要以TiO2系列催化劑處置氨氮污染物的研討報道較多。

               

                張夢媚等采用水熱法制備納米TiO2,并用于低濃度氨氮廢水的光催化降解。實驗結果標明,在實驗最佳條件下,NH4+-N去除率可達90%以上。實驗還經過對最終產物的檢測發現,反響最終產物硝態氮和亞硝態氮的含量均較低,闡明該催化劑具有良好的光催化氧化NH4+-N轉化為N2的選擇性。此外,該催化劑應用于生活污水的處置也有很好的效果。

               

                TiO2光催化氧化氨氮的影響要素有TiO2濃度、pH、溫度和光照時間等。Eva-Maria等經過實驗研討發現溫度對TiO2光催化氧化氨氮的影響不大,而溶液的pH值是對反響影響最大的要素。當溶液為酸性時,簡直沒有氨氮被氧化,當pH值為7.29.9時,反響6h后約有21%的氨被氧化,而當pH≥9.9時,有67%的氨氮被氧化。對產物的檢測發現,隨著pH值的增加,亞硝態氮的比例不時增加,而硝態氮在pH值從7.212.5變化時,比例先增大后減小,最大值呈現在pH9.8,光催化劑TiO2濃度對反響也有一定的影響,隨著TiO2濃度變大,氨氮的降解率和硝酸根的生成量均增大,而亞硝酸根的生成量不時變小。

               

                很多研討者經過對TiO2實施摻雜改性,提升了TiO2光催化氧化氨氮的效率,有的還增加了TiO2催化劑對氨氮轉化為氮氣的選擇性。喬世俊等采用活性組分ATiO2催化劑實施處置,實驗結果發現,(TiO2+A)催化劑應用于光催化氧化模仿氨氮廢水較TiO2催化劑提升了24%的氨氮降解效率,氨氮降解率到達95%。劉佳等采用水解-沉淀法制得Cu/La共摻雜納米TiO2催化劑處置廢水中的氨氮,物相構造和比外表積測試結果標明,共摻雜催化劑具有較好的銳鈦礦晶型,比外表積較TiO2催化劑大。還經過光催化對焦化廢水中的氨氮實施降解實驗標明,共摻雜催化劑光催化氧化廢水中的氨氮較TiO2催化劑高10%左右。JunWang等采用Ag/Ce4+/La3+重量比為1%,3%5%來改性TiO2,并用于光催化氧化氨氮廢水,當反響6h后,氨氮濃度從60.4mg/L降落到2.8mg/L,而NO3--NNO2--N分別從1.3mg/L增加到8.8mg/L0mg/L增加到4.3mg/L,這標明氨氮去除率有95.3%,總氮去除率有74%。

               

                對TiO2實施負載處置,可提升光催化劑的機械強度,增加光催化劑的運用壽命。載體有玻璃珠、珍珠巖、沸石、活性炭等。尚會建等應用活性炭作載體,采用溶膠-凝膠法將TiO2負載到活性炭上,制成固載型AC/TiO2光催化劑來降解廢水中氨氮。發現固載型催化劑對模仿氨氮廢水的處置效果好,而且催化劑機械強度大,損失減少,反復運用5次活性也不怎樣變化。

               

                2.2 電化學氧化法

               

                電化學氧化法處置氨氮分兩種,一種是應用電場作用,使氨氮直接在陽極板上失去電子發作氧化反響,第二種是依托電解過程中產生的強氧化性中間產物氧化氨氮,在這里分為存在Cl-和不存在Cl-兩種狀況,存在Cl-時去除氨氮相似于折點氯化法,不存在Cl-時主要是·OH氧化氨氮。

               

                陽極資料在電化學氧化法處置氨氮中顯得至關重要,不同的陽極資料會有不同的電化學性能。Shi-LongHe等分別從直接和間接電化學氧化處置氨氮中的氨氮去除率,NO2-NO3-的產生量實施剖析,討論不同陽極資料的循環伏安曲線,對三種商業陽極資料Ta-Ir/TiO2,Rh-Ir/TiO2PbO2/TiO2用于電化學氧化法處置氨氮的電化學性能作出了評價。結果標明,PbO2/TiO2很合適解壓床氨氮的直接氧化,而在PAC填料反響器中,由于PAC的存在,三個陽極直接氧化氨氮的效率類似,當反響體系中存在Cl-時,Rh-Ir/TiO2是三者中最有效的間接氧化氨氮的陽極資料。陳晨等采用自制的SnO2-C以及SnO2-Sb2O3-C作為電化學氧化陽極資料。經過循環伏安伏安曲線和阻抗測試研討實驗剖析,在氨氮氧化過程中,VulcanXC-72炭黑載體對電化學氧化陽極資料的活性有所提升,Sb的摻雜也提升了電化學氧化陽極資料的活性。研討還標明,強堿條件下氨氮的降解效率更高。

               

                關于電化學氧化氨氮機理的研討,大多是推斷而來。為進一步明晰電化學氧化法處置氨氮的反響進程,王春榮等在最佳電解反響條件下,采用高效液相色譜對多種影響要素下的活性物質及中間產物實施了定量剖析。實驗結果標明,·OH量隨電流密度的增加而增加,Cl-的存在和堿性條件都不利于·OH的產生,在Cl-存在條件下,氨氮的去處主要是Cl-參與的相似折點氯化法的間接氧化,溶液pH盡量堅持在中性或酸性條件,以及電流密度最好大些,由于這樣產生的NO2-和氯胺有害副產物就能更少。

               

                電化學氧化法處置氨氮也有傳統的二維電極電化學氧化法和新型的三維電極法之分,三維電極法較二維電極法有較高的面體比和電流效率,且時空產率更大,因而,近年來三維電極電化學氧化法處置氨氮成為了電化學氧化法處置氨氮的研討熱點。

               

                丁晶等對二維和三維電極電化學氧化處置氨氮實施了比照。研討發現,二維電極電化學氧化氨氮去除率與電解時間成正比,而三維電極處置氨氮是在多種物理化學過程協同作用下實施的,其氨氮降解率和電流效率都更高。穆甜等應用自制的三維電極氧化安裝對氨氮廢水實施處置,調查三維電極法處置氨氮的各個影響要素,包括電解時間、電解電壓、Cl-濃度和pH值,并對氨氮的主要去除途徑和氧化機理實施了剖析。結果標明,在一定范圍內,三維電極對氨氮的去處率與電解電壓、電解時間和電解質濃度都成正比,而pH是在中性條件下最佳,三維電極法同二維電極法一樣,去除氨氮的途徑都是經過游離氨(NH3)在陽極上的直接氧化或Cl-存在時相似折點氯化法的與NH4+發作間接氧化。三維電極法對低濃度和高濃度的氨氮都有很好的去處效果。鄭貝貝等運用三維電極法對高濃度氨氮(2200mg/L)廢水實施處置后,出水NH4+-N<15mg/L,到達《污水綜合排放規范》(GB8978-1996)中的一級規范。鄭宗明等在一定條件下,采用三維電極法處置氨氮濃度為50mg/L的模仿廢水,氨氮去除率可達74.17%。

               

                3、結論與瞻望

               

                AOPs是新興的一種水處置技術,因其高效、適用性廣、氧化降解徹底等優點而逐步研討應用于氨氮的降解。在AOPs降解氨氮研討中,光催化氧化法、電化學氧化法更為普遍。但由于AOPs的本錢缺陷,大多都是實施的實驗室研討,在工程應用上的研討較少。因而在后續的探究研討中應從本錢控制上加大AOPs在工程應用上處置氨氮研討的力度。另外,在大多研討成果中,·OH很容易將氨氮氧化為NO2-NO3-,因而后面應深化剖析中間及最終產物并控制恰當要素或參加最佳催化劑以減少NO2-NO3-的產生,使AOPs降解氨氮最大化的轉化為N2。

               


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