2004 年 11 月 中国科学院研究生院
环境催化
离子交换法采用无机离子交换剂沸石
作为交换树脂，沸石具有对非离子氨的吸附
作用和与离子氨的离子交换作用，它是一类
硅质的阳离子交换剂。成本低，它对NH
4
-
有
很强的选择性
[11，12]
。一般作为离子交换树脂
用于去除氨氮的为斜发沸石，其对离子的选
择顺序依次为：Ca
+
>Rb
+
>NH
4
+
＞K
+
＞Na
+
＞Li
+
＞Ba
2+
＞Sr
2+
＞Ca
2+
＞Mg
2+
。PH＝4-8 是沸石离
子交换的最佳范围。当pH<4 时，H
+
与NH
4
+
发
生竞争。pH>8 时，NH
4
+
变为NH
3
而失去离子交
换性能。
常用的离子交换系统有三种类型：(1)
固定床 (2)混合床 (3)移动床。
固定床 在此系统中，溶液的去离子过程为
二阶段间歇过程。溶液通过阳树脂床时阳离
子与氢离子交换生成酸溶液，然后此溶液再
通过阴树脂床，以去除阴离子。交换能力将
耗尽时，树脂在原位再生，经常采用向下流
再生法，此法操作可靠方便，但其化学效率
相对较低，容积较大，联系到树脂用量大，
有时为了适应连续流的要求，还需要有储备
装置，因而投资费用较高。
混合床 混合床系统用一步法来去除溶液
中的离子。溶液流过阳、阴树脂充分混合的
混合床。混合床的再生比两个单生床再生要
复杂一些，因为在再生前必须将两种树脂分
开。在水力学上可利用两种树脂的比重差用
水力反洗使其分层。虽然混合床的化学效率
较高，但它需要大量的清洗水。这对节约用
水不利，另外将交换离子作为回收产品收集
时，回收液稀，其浓缩费用也很高。
移动床 移动床系统通过二阶段过程来去
除溶液中的离子。在这两个过程中，虽然实
际上工作流体处理的水是间歇的，而它的效
果却是连续的。首先溶液和阳树脂逆向流
动，阳树脂脉动通过容器，新鲜树脂从一端
补充，用过的树脂从另一端排出，在此过程
中完成离子交换和树脂再生。然后溶液游向
流过一个与上面相似的阴树脂移动床来完
成阴离子的交换。
离子交换法适用于中低浓度的氨氮废
水(<500mg/L) ，处理含氨氮 10-20mg/L 的
城市污水，出水浓度可达 lmg/L 以下。对于
高浓度的氨氮废水，会因树脂再生频繁而造
成操作困难，且再生液仍为高浓度氨氮废
水，需再处理。
2.4 催化湿式氧化法
催化湿式氧化法是 80 年代国际上发展
起来的一种治理废水的新技术
[13]
。在一定温
度、压力下，在催化剂作用下，经空气氧化，
可使污水中的有机物和氨分别氧化分解成
C0
2
、N
2
和H
2
0 等无害物质，达到净化的目的。
具有净化效率高(废水经过净化后可达到饮
用水标推)、流程简单、占地面积少等特点。
经多年应用与实践，这一废水处理方法的建
设及运行费用仅为常规方法 60%左右，因而
在技术上和经济上均具有较强的竞争力
[14]
。
目前国内外用湿式催化氧化法处理氨
氮废水及催化剂的制备进行了研究，研究主
要是以贵金属为催化剂。杜鸿章
[15，16]
等研究
了焦化废水催化湿式氧化净化技术，并研制
了高氧化活性及稳定性的贵金属催化剂，处
理焦化废水，NH
3
-N的去除率达到 99%以上。
Qin
[17]
等共同研制Ru/A1
2
O
3
催化剂在 503K，
15MPa和PH＝12 的情况下对氨氮(初始浓度
为 1500×10
-6
)的去除率达到 99%。虽然贵金
属催化剂表现出较好的催化效果和稳定性，
但是其昂贵的价格限制它的工业应用。
2.5 光催化氧化法
光催化氧化法是目前流行的一种从废
水中除去污染物的高级氧化法(AOP)
[18]
。AOP
非均相反应主要是利用诸如Ti0
2
及其复合半
导体作催化剂，同时结合一定能量的光辐
射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电
子—空穴时，吸附在半导体上的溶解氧、水
分子等与电子—空穴作用，产生氧化性极强
的·0H自由基，通过与污染物之间的羟基加
合、取代、电子转移等使污染物全部或部分
矿化，最终达到降解污染物的目的。
反应装置
[19]
如图所示：