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[摘要]含氮废水处理已经成为水污染控制领域热点研究之一。由于传统的含氮废水处理方法，例如吹脱法效率低、成本高，生物膜法在实际废水处理过程中缺点众多、难以应用。因此，具备绿色高效，适用于不同浓度、复杂组分含氮废水处理的电化学法越来越受到重视，但由于实际废水中组分复杂，仍需对此方法工艺参数优化或者与其他技术耦合应用进行研究。
[关键词]三维电极；氨氮；废水；硝酸盐
水体污染是环境污染中最主要的一种污染。近年来，随着各大行业的逐步发展，废水排放问题已经成为重点的环境问题，大量废水的随意排放不仅对生态环境造成严重威胁，同时对人类的健康发展也产生很多负面影响。国内外学者对此不断努力，废水处理技术已经逐步走向成熟。但由于废水的独特性质，处理过程中会出现各类的问题，这无疑对废水处理技术提出更高的要求。化肥、石油、制药等行业的大量工厂废液排入水体的比重逐渐增加，其废液中氨氮含量超标，导致水体自净功能受损，破坏水体环境，对人体也有不可小视的毒害影响。本文研究的氨氮废水进入自然水体后易导致富营养化现象，同时由于其来源广泛、结构复杂、排放量大，如何经济有效地解决其排放已成为废水处理的焦点。本文针对氨氮废水的处理问题进行探讨与总结，为广大研究者提供方向和可行性指导。
1含氮废水传统处理方法
1.1吹脱法。吹脱法去除氨氮是最传统的氨氮去除方法之一。当废水pH值大于7时NH4+会转化为NH3，通入吹脱气充分混合后发生传质过程使氨除去。这种方法不仅用于稀土资源中氨氮的降解，而且在煤气化废水、焦化废水、垃圾渗滤液等均有研究。冀云[1]等人通过使用木质素磺酸钠作为促脱剂处理氨氮废水，最有条件下其去除率高达99%。吹脱法中气液比、温度、吹脱时间等都是影响氨氮去除效果的重要因素。黄焱[2]等人指出，pH值是影响氨氮去除率的重要因素。吹脱法被广泛应用于氨氮废水处理中，但气水比的增高会使去除率明显增大，当气水比达到一定值时，气液两相难于平衡，去除率上升并不明显。而且其对温度要求高、调节pH时容易造成塔板堵塞。
1.2生物膜法。膜生物反应器是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。生物膜技术处理有机废水时利用活性污泥其表面的好氧微生物对污水进行氧化还原反应，从而去除废水中各种污染物质。生物膜技术处理氨氮废水已经在水处理领域中应用广泛[3-4]，其中微生物的硝化与反硝化为处理含氮废水的关键方法，对于焦化废水、养殖废水[5]都有很好的处理效果。通过运用厌氧氨氧化的方式去除氮对实验条件的要求低，不易受限制。SU[6]等人研究了铁(II)/锰(II)投加量比对生物反应器中反硝化作用的影响，在最佳条件下，硝酸盐-氮、铁(II)、锰(II)、总有机碳和IC去除率分别为100.00%、99.29%、21.88%、100.00%和89.53%。王茹[7]等人为解决反硝化过程中易生成二次产物的难题，以零价铁或二价铁替代有机物作为反硝化过程电子供体进行废水脱氮。Ding[8]等人在缺氧生物膜中实现了高效脱氮。生物膜法有机负荷高，且处理过程中没有污泥膨胀问题，但处理过程中厌氧、缺氧条件无法充分满足，其对总氮、总磷的去除并不彻底。常用的传统氨氮处理技术除了有生物膜法、沸石脱氮法等，还有反渗透法、化学沉淀法、膜分离技术以及折点加氯法等。然而传统的处理方法效率低、成本高、能耗大，往往在投入实际废水处理中会出现各种问题。
2电化学处理方法
电化学作为新兴的一种高效绿色的处理技术已被广泛应用于污水处理，它对电镀废水、药厂废水[9-10]、养殖废水[11-12]及焦化废水[13]都有一定的效果，将其用于处理含氮废水逐渐走进研究视野。工业废水氨氮含量非常高，传统方法无法对其进行去除，电化学处理高氨氮废水有明显优势。袁芳[14]等人用电化学方式处理垃圾渗滤液，其NH3-N去除率可达99.9%。鲁剑[15]等人自制高氨氮模拟废水，运用电化学方法去除。李伟[16]等人利用电化学氧化法处理氨氮废水其出水水质达到国家标准一级A排放标准，得出初始有机氮浓度对氨氮的去除有着明显的抑制作用。在电化学处理后主要产物为N2，其去除效果好、成本低、产物无毒害作用，在水处理技术中赢得学者关注。
3电化学-微生物联用方法
目前，去除氨氮废水主要利用生物膜技术脱氮除磷达到对常规工厂废水的去除，使出水达到国家排放标准。然而生物膜处理技术不可控因素太多，缺氧-好氧-厌氧条件的切换复杂、脱氮过程中硝化反应受抑制，碳氮比难控制平衡，并且生物存活数量将大大影响去除效果，所以现如今与电化学法联用使得硝化-反硝化过程均在同一反应器内运行，三维电极反应的中间产物为生物膜技术提供碳源，无需额外投加。同时其对废水处理效果好、能耗低、反应条件稳定。学者们针对氨氮的去除对反应器做出相应改造。其反应器脱氮过程主要以生物作用为主，电化学作用为辅助。Ghazouani[17]等人将电化学氧化法和电凝法联通去除养殖废水中的COD和氨氮。Jiang[18]等人得出生物膜-电化学联用技术中的硝酸盐还原率比单独生物膜工艺的硝酸盐还原率高76%。得出生物反应与电化学反应在去除高浓度氨氮废水中起协同作用。Wu等人[19]将三维电化学反应器(3DERs)和三维生物膜电极反应器(3DBERs)结合用于处理焦化废水，COD和TN的去除率分别为79.63%和76.38%，同时对反应过程中的转化机制进行深一步研究。三维电极-生物膜联用法与传统生物膜法的区别就在于外加电场作用，这种符合工艺相比单独运用生物膜技术，其处理效果大大增强。运用这种符合工艺处理氨氮废水效率高、能耗低，总氮被转化为其它物质。除了与生物膜法联用，三维电极与其他方法的结合对氨氮的处理效果也有一定的影响。Gendel[20]等人将离子交换反应堆和电解反应堆合在一起，从淡水循环水产养殖系统中去除氨。
4结论
(1)电化学产物无毒无害，绿色、高效，对处理不同浓度的氨氮废水都有很好的效果。但实际氨氮废水中的各污染物质组分不同，用电化学技术处理实际废水会使部分污染物发生化学反应，使得处理变得复杂。现如今没有哪一种技术对所有类型的氨氮废水都受用，这需要我们继续从各方面进行改进。(2)一些含氯体系处理方法中，排放废水易生成二次产物，这无疑为废水的降解提升了难度，有待进一步研究去除方式，确定最佳处理方法，减少环境污染。
作者:李天育 陈钰琦 张静 滕洪辉 单位:吉林师范大学环境科学与工程学院 吉林省高校环境材料与污染控制重点实验室