電化學(xué)還原在硝酸鹽廢水脫氮中的應(yīng)用進(jìn)展
一、引言
硝酸鹽污染廣泛存在于農(nóng)業(yè)面源水、養(yǎng)殖廢水及食品加工廢水中，其毒性高且易遷移，傳統(tǒng)生物脫氮法受限于碳源依賴性強(qiáng)、反應(yīng)速率慢等問題。電化學(xué)還原技術(shù)通過陰極電子轉(zhuǎn)移將NO??還原為N?或NH??，具有操作簡便、無需外加藥劑、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，近年來成為脫硝研究熱點(diǎn)。
二、技術(shù)原理與反應(yīng)機(jī)制
電化學(xué)還原硝酸鹽主要依賴以下機(jī)制：
直接還原：NO??在陰極表面接受電子發(fā)生還原；
間接還原：生成的H原子或Sn2?等中間產(chǎn)物參與還原反應(yīng)；
選擇性控制：通過調(diào)節(jié)電極材料、pH、電流密度實(shí)現(xiàn)N?為主產(chǎn)物。
常用電極包括鈦基鍍硼金剛石（BDD）、不銹鋼、石墨烯修飾電極等。
三、系統(tǒng)構(gòu)型與發(fā)展現(xiàn)狀
目前主流構(gòu)型包括：
平板式電化學(xué)池；
流動(dòng)式三維電極反應(yīng)器；
膜分隔雙室反應(yīng)器；
多級(jí)串聯(lián)模塊化系統(tǒng)。
四、關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化
影響脫硝效率的關(guān)鍵因素包括：
電流密度：一般控制在10–40 mA/cm2；
pH值：酸性至中性更有利于NO??還原；
電解質(zhì)種類：Na?SO?、KCl等可增強(qiáng)導(dǎo)電性；
電極間距與流速：影響傳質(zhì)效率與能耗。
五、工程應(yīng)用案例
某食品加工廠采用流動(dòng)式電化學(xué)還原系統(tǒng)處理含硝酸鹽廢水（初始濃度約80 mg/L），經(jīng)處理后NO??去除率達(dá)95%，出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，無二次污染。
六、未來發(fā)展方向
開發(fā)高選擇性、低能耗新型電極材料；
探索與厭氧氨氧化、MBR等工藝集成；
構(gòu)建AI優(yōu)化控制系統(tǒng)提升能效；
推動(dòng)模塊化設(shè)備適應(yīng)中小企業(yè)需求；
探索脫氮副產(chǎn)物（如NH??）的資源化利用路徑。
