一、引言

硝酸盐污染广泛存在于农业面源水、养殖废水及食品加工废水中，其毒性高且易迁移，传统生物脱氮法受限于碳源依赖性强、反应速率慢等问题。电化学还原技术通过阴极电子转移将NO₃⁻还原为N₂或NH₄⁺，具有操作简便、无需外加药剂、环境友好等优势，近年来成为脱硝研究热点。

二、技术原理与反应机制

电化学还原硝酸盐主要依赖以下机制：

直接还原：NO₃⁻在阴极表面接受电子发生还原；

间接还原：生成的H原子或Sn²⁺等中间产物参与还原反应；

选择性控制：通过调节电极材料、pH、电流密度实现N₂为主产物。

常用电极包括钛基镀硼金刚石（BDD）、不锈钢、石墨烯修饰电极等。

三、系统构型与发展现状

目前主流构型包括：

平板式电化学池；

流动式三维电极反应器；

膜分隔双室反应器；

多级串联模块化系统。

四、关键参数优化

影响脱硝效率的关键因素包括：

电流密度：一般控制在10–40 mA/cm²；

pH值：酸性至中性更有利于NO₃⁻还原；

电解质种类：Na₂SO₄、KCl等可增强导电性；

电极间距与流速：影响传质效率与能耗。

五、工程应用案例

某食品加工厂采用流动式电化学还原系统处理含硝酸盐废水（初始浓度约80 mg/L），经处理后NO₃⁻去除率达95%，出水达到《污水综合排放标准》一级标准，系统运行稳定，无二次污染。

六、未来发展方向

开发高选择性、低能耗新型电极材料；

探索与厌氧氨氧化、MBR等工艺集成；

构建AI优化控制系统提升能效；

推动模块化设备适应中小企业需求；

探索脱氮副产物（如NH₄⁺）的资源化利用路径。