采用微波條件輔助催化氧化高濃度氨氮廢水，通過實(shí)驗(yàn)研究了催化劑種類、敏化劑、微波加熱時(shí)間、溶液pH 對氨氮去除效果的影響。結(jié)果表明，溶液pH值為10，同時(shí)添加氧化劑過氧化氫、催化劑氧化銅、敏化劑沸石、活性炭后氨氮脫除效果最佳，微波功率為750W 下，輻射時(shí)間10min，氨氮去除率接近95%。

　　垃圾滲濾液中高濃度的氨氮(NH3-N120～3200mg/L)是生物處理的抑制因素，處理的方法有化學(xué)沉淀法、汽提法、離子交換法、膜分離法、催化氧化法、短程硝化反硝化等，如吹脫法脫氮效率高，占地面積小，工藝簡單，投資較低。但氨吹脫操作環(huán)境較差，容易導(dǎo)致臭味外溢，通過氨回收裝置進(jìn)行回收，又導(dǎo)致整個(gè)工藝過程投資加大，氨吹脫工藝并不為廣大環(huán)保工作者和環(huán)境管理者歡迎。

　　目前垃圾滲濾處理技術(shù)研究的重點(diǎn)，其中以羥基自由基為基礎(chǔ)的高級氧化技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用是垃圾滲濾液處理的重要研究方向。氨氮廢水濕式催化氧化是20世紀(jì)80年代開發(fā)的水處理新技術(shù)，主要在高溫、高壓及催化劑存在下，利用氧化劑將有機(jī)物、氨氮等氧化為二氧化碳、氮?dú)獾葻o害的產(chǎn)物，脫除效率高，但條件特殊，設(shè)備價(jià)格昂貴，催化劑多為貴金屬。本文研究了微波的條件下進(jìn)行催化氧化，能實(shí)現(xiàn)常壓、無二次污染的氨氮去除，有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

1、實(shí)驗(yàn)儀器與材料

　　儀器：微波爐MM721廣東美的微波爐制造有限公司。吸附劑：活性炭，分析純，碘值約850mg/g，強(qiáng)度90%，北京光華木材廠;人造沸石，化學(xué)純，離子交換能力≥20mg/g，上海天蓮精細(xì)化工有限公司。

　　實(shí)驗(yàn)試劑：硫酸銅，天津市大茂化學(xué)試劑廠;氫氧化鈉，天津市天大化工試劑廠;其他試劑。所有試劑均為分析純。

　　氧化銅：稱取1g　NaOH 固體溶于一定量水中制成NaOH 溶液，向其中加入6.24g　CuSO4·5H2O固體，將生成的Cu(OH)2固體在500℃下灼燒2h，制備生成氧化銅。氧化銅-沸石分子篩(活性炭)的制備：將沸石分子篩(活性炭)加入溶解了CuSO4·5H2O溶液，吸附20min后，加入溶解了氫氧化鈉溶液，隨后，攪拌1h;在110℃緩慢烘干;放進(jìn)馬弗爐，400℃煅燒3h，得氧化銅-沸石分子篩(活性炭)。

　　實(shí)驗(yàn)廢水：稱取一定量的氯化銨，配制氨氮廢水，用納氏試劑光度法測定其濃度為154mg/L。

2、實(shí)驗(yàn)方法

　　按照《水質(zhì)銨的測定納氏試劑比色法》(GB7479-1987)中的方法測定NH4+ -N含量。微波輔助下，30mL實(shí)驗(yàn)廢水，回流條件下，分別研究只有氨氮廢水、添加H2O2、活性炭、沸石、CuO、負(fù)載催化劑，每隔1min取樣測1次，測定并計(jì)算不同條件下NH4+ -N的去除率。

3、結(jié)果與討論

　　3.1、不同時(shí)間下微波對廢水中氨氮脫除的影響

　　直接取30mL配制廢水，回流條件下，加入一定量添加劑，每隔5min取樣，測定氨氮含量，結(jié)果見圖1。

圖1　時(shí)間對氨氮濃度的影響

　　由圖1可知，隨時(shí)間變化，氨氮的濃度均是先降低后有所升高，這是由于微波的不同作用引起的，首先是對水分子的瞬時(shí)加熱升溫，隨時(shí)間增加，少量水分子揮發(fā)掉，因此氨氮濃度不僅不下降反而有所提高。為了充分反應(yīng)，因此以后實(shí)驗(yàn)選擇時(shí)間為10min。微波第二種作用促使某些氧化劑如溶解氧、過氧化氫等產(chǎn)生氧化能力較強(qiáng)的羥基自由基，促使氨氮氧化脫除，這可以從添加和不加過氧化氫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到驗(yàn)證。微波第三種作用是產(chǎn)生一些“熱點(diǎn)”，這些“熱點(diǎn)”的能量比其它部分高得多，可以使氨氮在該位置氧化脫除。

　　作者再利用催化劑如氧化銅促使過氧化氫產(chǎn)生更多羥基自由基，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)多種協(xié)同作用促進(jìn)了水中氨氮氧化脫除。由于廢水pH 小于3，氨氮主要以離子態(tài)NH4+存在，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明羥基自由基很難氧化NH4+，因此脫除效果不理想。

　　3.2、不同過氧化氫添加量，微波對廢水中氨氮脫除效果

　　加入10%過氧化氫0.05～0.25ml，微波加熱10min，微波對廢水中氨氮脫除效果如圖2所示。

圖2　過氧化氫添加量對氨氮去除的影響

　　由圖2可知，加入少量過氧化氫，不調(diào)節(jié)溶液pH 值氨氮濃度變化很小，說明即使有氧化劑存在，在酸性條件下，實(shí)驗(yàn)說明羥基自由基很難氧化NH4+。減小原因應(yīng)該是微波促進(jìn)過氧化氫分解成的羥基自由基氧化了極少量分子態(tài)氨氮所致。

　　3.3、pH對微波處理氨氮廢水的影響

　　調(diào)節(jié)不同pH 值，微波加熱10min，微波處理氨氮廢水的影響如圖3所示。

圖3　pH對氨氮濃度的影響

　　由圖3可知：無任何添加時(shí)，pH 值變化對氨氮濃度影響很大，隨著pH 值增加，氨氮去除率接近90%。部分原因是微波促進(jìn)水中溶解氧生成羥基自由基對分子態(tài)氨氮的氧化作用。但主要原因是由于隨pH 值變大，離子態(tài)氨氮向分子態(tài)氨氮轉(zhuǎn)化，微波促使分子態(tài)NH3的揮發(fā)。所以氨的濃度大大下降。此方法也可以作為脫除氨氮的方法，但也是二次污染問題，本研究不作為重點(diǎn)討論。

　　常識可知氨氮小于10，分子態(tài)氨氮較難從溶液中揮發(fā)脫除，實(shí)驗(yàn)通過添加過氧化氫、氧化銅、活性炭、沸石以及聯(lián)合添加以上各物質(zhì)，當(dāng)pH 從6～7增加到9～10，在微波條件下，氨氮很快去除，分析其原因，微波會(huì)促進(jìn)過氧化氫生成HO·，而HO·能使氨氮氧化成為氮，并且主要氧化的是分子態(tài)NH3。通過多種協(xié)同作用，使高濃度氨氮廢水去除率接近95%，基本滿足排放要求。

4、結(jié)論

　　微波催化氧化降解廢水是目前研究和發(fā)展的一項(xiàng)高新技術(shù)，本文通過實(shí)驗(yàn)可以證明，微波催化氧化也可以很好降解處理高濃度氨氮廢水。

　　(1)微波條件下，不添加任何物質(zhì)，微波對NH4+ 沒有明顯作用。

　　(2)微波條件下，添加過氧化氫，由于微波能促使過氧化氫分解生成羥基自由基，羥基自由基能氧化氨氮，尤其是分子氨。所以隨著過氧化氫的量的增加，產(chǎn)生的羥基自由基越多，氨氮的濃度有所下降。但如果存在的是離子態(tài)氨氮，氨氮去除效果并不是很好。

　　(3)通過添加氧化銅、沸石、活性炭作為敏化劑，促使微波下產(chǎn)生熱點(diǎn)效應(yīng)，增加了水中氨氮脫除效果。同樣但如果存在的是離子態(tài)氨氮，氨氮去除效果并不是很好。

　　(4)通過多種協(xié)同作用，控制pH 小于10，微波條件下，短時(shí)間內(nèi)氨氮脫除率接近95%，高濃度氨氮廢水基本滿足排放要求。