地下水去除氨氮吹脱-电化学催化氧化组合技术

氨氮污染是地下水治理的重大挑战。随着《中国生态环境状况公报》指出全国70%以上监测点位氨氮超标，开发高效、低耗的去除技术迫在眉睫。吹脱-电化学催化氧化组合工艺通过物理与化学协同作用，为解决这一问题提供了新思路。

技术原理与协同优势

该组合工艺分为两步：首先通过吹脱法预处理，利用碱性条件（pH=12）和空气曝气，将氨氮转化为游离氨（NH₃）从水中释放；随后采用电化学催化氧化深度降解残余氨氮。其核心优势在于：

负荷分担：吹脱法快速去除60%-80%的氨氮，显著降低后续电化学处理的负荷；

高效氧化：电化学系统通过阳极产生的活性氯（Cl₂水解生成HOCl/ClO⁻）和羟基自由基（·OH）无选择性地氧化氨氮，最终转化为氮气（N₂）；

经济性：相比单一电化学法，组合工艺能耗降低30%-40%，且减少了副产物硝酸盐（NO₃⁻）的生成。

实验数据显示，经组合工艺处理后，氨氮浓度从初始49-54mg/L降至1.17mg/L以下，总氮（TN）去除率达90.23%，出水满足《地下水质量标准》（GB/T 14818-2017）IV类要求。

关键工艺参数与作用机制

吹脱单元优化：

pH控制：碱性条件（pH=12）促进NH₄⁺转化为NH₃，但需避免CO₂溶解导致pH下降，需实时调节；

气液比：8L/min的空气流量下，8小时吹脱可使氨氮去除率超75%，为电化学单元减轻负担。

电化学催化氧化设计：

电极材料：钌铱涂层钛阳极（RuO₂-IrO₂/Ti）因其高催化活性成为首选，可高效生成活性氯；

电流密度：实验表明，106A/m²的电流密度下，氨氮去除率在10分钟内达97.62%，且副产物NO₃⁻生成量较单一电化学法减少5.3mg/L；

自由基作用：电子顺磁共振（EPR）证实，活性氯（ClO⁻、HOCl）和羟基自由基（·OH）协同攻击氨氮分子，避免了传统折点氯化法中氯胺中间产物的积累。

工程应用与挑战

在上海某钢铁工业区地下水处理项目中，组合工艺成功将氨氮从54mg/L降至1.17mg/L，TN去除率超90%。然而，实际应用仍面临两大挑战：

电极寿命：长期运行中，阳极涂层可能因氯离子腐蚀而失效，需开发更耐用的电极材料（如掺杂稀土元素的钛基复合材料）；

能耗平衡：尽管较单一工艺节能，但高电流密度仍导致较高电耗，未来可探索太阳能驱动或余热利用技术。

未来发展方向

智能化控制：通过在线传感器实时监测氨氮浓度、pH和ORP，动态调整吹脱时间和电流密度；

资源化回收：耦合氨氮回收技术（如离子交换树脂），将去除的氨氮转化为肥料原料；

多技术耦合：与生物滤池或膜分离工艺联用，进一步提升脱氮效率并降低能耗。

结语

吹脱-电化学催化氧化组合工艺通过物理预处理与高级氧化的协同，实现了氨氮的高效低耗去除。随着材料科学与智能控制技术的进步，该技术有望成为地下水氨氮污染治理的核心方案，为水环境安全提供有力保障。