采用微波條件輔助催化氧化高濃度氨氮廢水，通過實驗研究了催化劑種類、敏化劑、微波加熱時間、溶液pH 對氨氮去除效果的影響。結果表明，溶液pH值為10，同時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。但氨吹脫操作環境較差，容易導致臭味外溢，通過氨回收裝置進行回收，又導致整個工藝過程投資加大，氨吹脫工藝并不為廣大環保工作者和環境管理者歡迎。

　　目前垃圾滲濾處理技術研究的重點，其中以羥基自由基為基礎的高級氧化技術的開發與應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80年代開發的水處理新技術，主要在高溫、高壓及催化劑存在下，利用氧化劑將有機物、氨氮等氧化為二氧化碳、氮氣等無害的產物，脫除效率高，但條件特殊，設備價格昂貴，催化劑多為貴金屬。本文研究了微波的條件下進行催化氧化，能實現常壓、無二次污染的氨氮去除，有可能實現工業化。

1、實驗儀器與材料

　　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，強度90%，北京光華木材廠;人造沸石，化學純，離子交換能力≥20mg/g，上海天蓮精細化工有限公司。

　　實驗試劑：硫酸銅，天津市大茂化學試劑廠;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;放進馬弗爐，400℃煅燒3h，得氧化銅-沸石分子篩(活性炭)。

　　實驗廢水：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、實驗方法

　　按照《水質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實驗廢水，回流條件下，分別研究只有氨氮廢水、添加H2O2、活性炭、沸石、CuO、負載催化劑，每隔1min取樣測1次，測定并計算不同條件下NH4+ -N的去除率。

3、結果與討論

　　3.1、不同時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，結果見圖1。

圖1　時間對氨氮濃度的影響

　　由圖1可知，隨時間變化，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加熱升溫，隨時間增加，少量水分子揮發掉，因此氨氮濃度不僅不下降反而有所提高。為了充分反應，因此以后實驗選擇時間為10min。微波第二種作用促使某些氧化劑如溶解氧、過氧化氫等產生氧化能力較強的羥基自由基，促使氨氮氧化脫除，這可以從添加和不加過氧化氫實驗數據得到驗證。微波第三種作用是產生一些“熱點”，這些“熱點”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生更多羥基自由基，從實驗數據可以發現多種協同作用促進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NH4+存在，本實驗結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，不調節溶液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，實驗說明羥基自由基很難氧化NH4+。減小原因應該是微波促進過氧化氫分解成的羥基自由基氧化了極少量分子態氨氮所致。

　　3.3、pH對微波處理氨氮廢水的影響

　　調節不同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，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水中溶解氧生成羥基自由基對分子態氨氮的氧化作用。但主要原因是由于隨pH 值變大，離子態氨氮向分子態氨氮轉化，微波促使分子態NH3的揮發。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，本研究不作為重點討論。

　　常識可知氨氮小于10，分子態氨氮較難從溶液中揮發脫除，實驗通過添加過氧化氫、氧化銅、活性炭、沸石以及聯合添加以上各物質，當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，微波會促進過氧化氫生成HO·，而HO·能使氨氮氧化成為氮，并且主要氧化的是分子態NH3。通過多種協同作用，使高濃度氨氮廢水去除率接近95%，基本滿足排放要求。

4、結論

　　微波催化氧化降解廢水是目前研究和發展的一項高新技術，本文通過實驗可以證明，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，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，促使微波下產生熱點效應，增加了水中氨氮脫除效果。同樣但如果存在的是離子態氨氮，氨氮去除效果并不是很好。

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