摘要
硝酸盐污染在导致水体富营养化的同时也会对人体健康造成严重威胁，已成为水污染控制领域的关注热点。电化学技术处理废水中硝酸盐氮具有环境友好、无需或少需额外投加药剂和操作简便等优点。电极材料是决定电化学还原硝酸盐效率的关键因素之一。采用贵金属负载材料作为阴极可高效还原硝酸盐，但由于成本较高难以进行大规模推广和应用，同时单独的阴极还原作用对N2选择性较低。因此，选择低成本的阴极材料，在还原硝酸盐氮的同时实现总氮无害化去除是电化学处理技术应用于废水脱氮的关键因素。围绕上述问题，本研究主要内容及结论如下： （1）选择廉价易得的铁板为阴极，并以具有高析氯性能的Ti/RuO2为阳极构建了电化学同步氧化还原脱氮体系，在还原硝酸盐的同时实现了总氮的无害化去除。研究发现提高电流密度和增加阴极极板数量可显著提高硝酸盐的还原效率，提高NaCl浓度可显著提高还原产物氨氮的去除效率从而强化总氮的去除，硝酸盐的电催化还原符合准一级动力学。在电流密度为7.5mA·cm-2、阴/阳极数量比为2∶1和NaCl投加量为2g·L-1的条件下处理初始浓度为70mg·L-1的硝酸盐模拟废水，反应90min硝酸盐氮去除率达到99.7%，N2选择性高达98.4%。通过自由基淬灭实验和活性氯定量检测等方法分析了本体系的电催化脱氮机理，提出反应过程中阴极同时存在电子的直接还原作用和H*介导的间接还原作用，其中电子的直接还原起决定性作用，活性氯介导的阳极间接氧化作用是氨氮去除的主要原因，总氮在体系中的去除主要是阴极的直接还原和阳极的间接氧化协同作用的结果。 （2）在上述体系的基础上建立了连续流电催化脱氮体系，并应用于处理硝酸盐氮含量较高的电镀锌酸洗出光废水。通过对影响因素的分析和运行参数的优化，确定了最佳运行参数为电流密度7.5mA·cm-2、NaCl投加量3g·L-1、水力停留时间3h和阴/阳极数量比2∶1，在此条件下硝酸盐氮浓度可由初始410.7mg·L-1降低至45.0mg·L-1，总氮浓度由初始421.6mg·L-1降至50.0mg·L-1，可以为后续处理环节有效降低污染负荷。对阴极的稳定性进行了分析，发现由于阴极表面金属的氧化和废水中金属离子的沉积，阴极电还原效率随反应时间的延长逐渐降低，连续运行7d后出水硝酸盐氮浓度由45.0mg·L-1升高至130.0mg·L-1，通过酸洗等方式对阴极表面进行清理可使体系恢复初始脱氮效能。
NETL