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氨氮废水是水处理领域关注的重点,其特征为污染来源广、排放量大、排放浓度大小不一,若随意排放至环境水体中,会造成水体富营养化以及严重危害水生动植物的健康。业界常用的氨氮废水处理方法为生物缺氧/好氧工艺和折点氯化法,其中生物法面临着反应周期长、设备占地面积大、脱氮效果易受环境影响而改变的问题;折点氯化法则面临着主要氧化剂活性氯难以储存和运输,会产生对人体有害有毒副产物的问题。近年来有学者提出了运用电化学催化氧化与活性氯氧化结合来解决上述问题,其原理是电催化直接作用于氨氮氧化,或者通过在阳极表面原位生成活性氯间接作用于氨氮氧化,通常后者占主导。然而,电解活性氯氧化氨氮方法仍然存在电解活性氯氧化氨氮方法存在二次污染(如硝氮、氯酸盐、氯胺等污染物)的问题。本研究发现废水中氯离子浓度提高能够促进氨氮降解,当体系中有Fe(Ⅱ)共存时,氨氮氧化为氮气的选择性提高,有毒副产物的含量大幅降低;将氯/铁介导体系应用于实际含高氨氮废水(老龄垃圾渗滤液)的处理,取得了良好的除碳脱氮效果。首先,本研究旨探讨了氯/铁存在对氨氮电化学转化效率与产物选择性的影响规律。通过构建MMO(Mixed metal oxide)阳极以及MMO/Fe双阳极体系,在恒定的MMO电流密度下,随着溶液中氯离子浓度增加,原位产生的活性氯增加,氨氮氧化速率加快。铁阳极(电流密度为2 mA cm-2)存在对氨氮降解影响不大,但是能够明显抑制电化学体系中硝氮、氯酸、氯氨等副产物的产生。在MMO阳极电流密度为8 mA cm-2,氯离子浓度为500 mM,初始pH=3,反应时间为180 min的情况下氨氮一级降解反应常数为 0.0111±0.0002 min-1,去除率为 86.5±2.6%;只生成了 119.0±7.1 μM 硝氮,35.3±9.3 μM氯酸根离子、92.8±7.8 μM一氯胺(峰值浓度),低于MMO单阳极体系下生成246.0±7.1 μM硝氮,152.2±9.3 μM氯酸根离子、158.9±21.0 μM一氯胺。通过一系列实验包括掩蔽剂动力学测试、电子自旋共振试验(ESR)表征、亚砜类物质(PMSO)氧化实验等,初步证实体系中Fe2+与阳极原位生成的活性氯反应生成了 FeⅣO2+。氯/铁介导氨氮电化学氧化机理可推测为:溶液中氯离子在MMO阳极原位产生活性氯,其可间接作用于氨氮氧化,但是会导致硝氮、氯酸、氯氨等副产物大量产生;Fe阳极释放出的一定量Fe2+能够与活性氯反应,一方面降低活性氯产量进而削减氯酸、氯胺等副产物产生,另一方面可生成FeⅣO2+,其作用于氨氮氧化可提高反应(氨氮直接氧化为氮气)的选择性。其次,开展了氯/铁介导电化学体系应用于实际废水的除碳脱氮研究,证实MMO/Fe双阳极体系能够实现老龄垃圾渗滤液COD和氨氮的有效去除。电化学体系中氯离子和阳极电流增加有利于氨氮氧化降解,在MMO和Fe阳极电流密度为38 mAcm-2和8 mA cm-2,添加500 mM氯离子的情况下可使得垃圾渗滤液同步除碳脱氮。双阳极体系(MMO/Fe)相较于单阳极电氧化体系(MMO)可取得更好的COD降解;尽管对氨氮的降解影响不大,产生的硝氮浓度降低,且氯离子浓度在反应前后变化不大,副产物氯酸浓度明显下降。这进一步说明Fe阳极在调控电解活性氯氧化氨氮副产物方面起到了积极作用。