高盐氨氮废水(如稀土冶炼、三元前驱体废水)的处理是工业水处理的难点。传统折点加氯法虽然能将氨氮氧化为氮气,但需要投加大量的次氯酸钠,药剂成本高昂且储存风险大。电化学氧化可以在高盐环境下原位利用废水中本已存在的Cl⁻,在阳极将其氧化为活性氯(Cl₂/HOCl),进而与氨氮反应。然而,单独的电化学产氯氧化氨氮,电流效率有限,且对废水中伴随的难降解有机物去除效果不佳。将UV-LED光源引入电化学系统,可以同步实现“电化学原位产氯-UV活化氯产生强氧化性自由基”的协同效应。UV-LED(尤其是275nm左右波长)能高效光解HOCl,产生·OH和Cl·等自由基,这些自由基不仅能加速氨氮的氧化,还能无差别地降解水中的有机污染物。
本研究在一个流通式电化学反应器中,集成了RuO₂-IrO₂/Ti阳极(高效析氯)、石墨毡阴极(高效产H₂O₂)和浸没式275nm UV-LED灯珠。高盐氨氮废水在阳极室被氧化,阳极产生的活性氯和阴极产生的H₂O₂在水流中混合。在UV-LED的照射下,活性氯被光解为·OH和Cl·,同时·OH和H₂O₂等发生一系列链式反应。实验结果显示,在相同电流密度和总氯投加量(原位产生)下,UV-LED/Cl/EC三相系统的氨氮去除速率和总氮去除率,是单独电化学或单独UV/Cl体系的1.8倍和2.5倍。其协同增效机理在于,UV光解活性氯产生了高活性自由基,避免了活性氯无效自分解为氯酸盐,并加快了氨氮的氧化速率;同时,·OH和H₂O₂的存在使得有机污染物也能被同步高效降解。
该系统在处理某三元前驱体生产的高盐氨氮废水时,展现了优异的处理效能。经过60分钟的处理,出水氨氮和COD均达到了排放标准,且副产物氯酸盐和溴酸盐的生成量低于单独电化学工艺。该研究通过将光化学、电化学和氯化学三相耦合,实现了对高盐氨氮废水的高效、深度、同步脱氮除碳,是电化学水处理技术向高级氧化方向发展的有益探索。
标签: