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高级氧化技术在氨氮废水处理中的应用
氨氮是水环境中氮的主要形态，通常以游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)两种形式存在，当水为碱性时以NH3为主，酸性水时以NH4+为主。氨氮的来源分自然和人为两大类。其中人为产生的氨氮主要来源于城镇生活污水，畜禽养殖、种植和水产养殖的农业污水及钢铁、炼油和化肥等工业废水，集中式污染治理设施废水也会排放肯定量的氨氮。近年来，频繁发生的“水华”、“赤潮”和“黑臭水”现象，水体富养分化的加重，水库、湖泊水质的下降以及鱼虾类的大量死亡等都与氨氮的污染息息相关。另外，硝化细菌分解氨氮时会产生亚硝酸盐，而亚硝酸盐会与人体蛋白质结合形成亚硝胺的一种强致癌物质，这严峻影响着人体健康。因此，如何经济有效地掌握氨氮污染，使其达到国家要求的排放标准已成为环境讨论者所面临的重大挑战。处理氨氮污染物的方法有许多，目前主要有生物法、吹脱法、化学沉淀法、折点氯化法、离子交换法等。然而这些氨氮处理方法都有各自的局限性，如生物法占地面积大、运行条件较苛刻，吹脱法能耗大、出水氨氮较高，化学沉淀法用药量大、成本高，折点氯化法会产生氯胺二次污染物，离子交换法树脂用量大，再生难等。近年来，高级氧化技术(AOPs)因其能产生大量的强氧化性和无选择性的羟基自由基(·OH)而备受环境讨论者的关注。1、高级氧化技术AOPs是近30多年来环境领域新进展起来的一项水处理技术，它主要是指在强氧化过程中产生以·OH为核心的强氧化剂，快速、无选择性、彻底的氧化环境中的各类有机和无机污染物。近几年来，受到广泛讨论的Fenton氧化法、臭氧氧化法、催化湿式氧化法、电化学氧化法、光催化氧化法、声化学氧化法、超临界水氧化法等都属于AOPs。这些方法都提及·OH反应，这是它们之间共同的特征，也是AOPs最重要的反应。只是产生·OH的方式不同，有的通过光，有的却是通过电或者超声等。·OH是一种氧化力量极强的氧化剂，其氧化还原电位达2.8eV，仅低于氟(标准氧化还原电位为3.08eV)，是已知的其次强氧化剂，也是水处理中使用的最强氧化剂，且它的氧化性没有选择性，几乎能与水中的任何物质发生反应。因此，AOPs的应用越来越广法。目前，AOPs处理氨氮污染物的应用讨论主要包括光催化氧化法和电化学氧化法。2、高级氧化技术处理氨氮废水的应用讨论2.1光催化氧化法光催化氧化法处理氨氮一般是指在紫外光的激发下，半导体催化剂表面产生的电子-空穴对与吸附在催化剂表面的溶解氧和水等物质作用产生氧化性极强的·OH，从而引起氧化一还原反应氧化分解氨氮污染物的一种方法。其中，半导体催化剂有TiO2、ZnO、SnO2等，而目前主要以TiO2系列催化剂处理氨氮污染物的讨论报道较多。张梦媚等采纳水热法制备纳米TiO2，并用于低浓度氨氮废水的光催化降解。试验结果表明，在试验最佳条件下，NH4+-N去除率可达90%以上。试验还通过对最终产物的检测发觉，反应最终产物硝态氮和亚硝态氮的含量均较低，说明该催化剂具有良好的光催化氧化NH4+-N转化为N2的选择性。此外，该催化剂应用于生活污水的处理也有很好的效果。TiO2光催化氧化氨氮的影响因素有TiO2浓度、pH、温度和光照时间等。Eva-Maria等通过试验讨论发觉温度对TiO2光催化氧化氨氮的影响不大，而溶液的pH值是对反应影响最大的因素。当溶液为酸性时，几乎没有氨氮被氧化，当pH值为7.2～9.9时，反应6h后约有21%的氨被氧化，而当pH值≥9.9时，有67%的氨氮被氧化。对产物的检测发觉，随着pH值的增加，亚硝态氮的比例不断增加，而硝态氮在pH值从7.2到12.5变化时，比例先增大后减小，最大值消失在pH值9.8，光催化剂TiO2浓度对反应也有肯定的影响，随着TiO2浓度变大，氨氮的降解率和硝酸根的生成量均增大，而亚硝酸根的生成量不断变小。许多讨论者通过对TiO2进行掺杂改性，提高了TiO2光催化氧化氨氮的效率，有的还增加了TiO2催化剂对氨氮转化为氮气的选择性。乔世俊等采纳活性组分A对TiO2催化剂进行处理，试验结果发觉，(TiO2+A)催化剂应用于光催化氧化模拟氨氮废水较TiO2催化剂提高了24%的氨氮降解效率，氨氮降解率达到95%。刘佳等采纳水解-沉淀法制得Cu/La共掺杂纳米TiO2催化剂处理废水中的氨氮，物相结构和比表面积测试结果表明，共掺杂催化剂具有较好的锐钛矿晶型，比表面积较TiO2催化剂大。还通过光催化对焦化废水中的氨氮进行降解试验表明，共掺杂催化剂光催化氧化废水中的氨氮较TiO2催化剂高10%左右。JunWang等采纳Ag/Ce4+/La3+重量比为1%，3%和5%来改性TiO2，并用于光催化氧化氨氮废水，当反应6h后，氨氮浓度从60.4mg/L下降到2.8mg/L，而NO3-