城市和工业污水中过量的含氮物质对生态环境和人体造成危害的问题越来越受到关注,随着对水体环境质量要求越来越高,总氮指标也纳入了管控,因此研究更为有效的尾水脱氮处理技术变得更为重要。电化学技术由于具有操作简单、设备体积小、水力停留时间较短等优点,已经在含氮污水处理领域获得实际使用,但存在电流效率较低的问题。本研究选用了具有氧化氨氮能力较强的阳极、高效脱硝能力的阴极和催化活性高的粒子电极,从而开发出一种设备体积小、占地面积少、处理效率高的含氮污水电化学处理方法。通常尾水中总氮超标的原因在于硝态氮的含量较高,因此本研究首先采用三维电极法处理硝酸盐氮模拟污水,探究了不同电极材料、电极形状、粒子电极的填充数量和比例对硝酸盐氮去除效果的影响。结果表明,当污水的p H为中性、无氯离子存在时,以不锈钢作为阴极和钛基材料作为阳极,三维立体钛网、二维钛网和钛板的硝酸盐氮去除效率分别为60%、57%和40%,上述结果表明新型三维立体钛网阳极具有较好的性能优越性。以三维立体钛网作为阳极,其他条件相同情况下考察不锈钢、铜、钛、镍等不同阴极材料处理硝酸盐氮的效果,硝酸盐氮去除率分别为70%、61%、49%和33%,这表明不锈钢阴极具有较好的脱氮性能。另外,选取活性炭和零价铁作为三维体系的粒子电极,并测定填充量和填充比例对硝酸盐氮处理效果的影响,在铸铁/活性炭填充比例为1/15,总填充量为250g时,硝酸盐氮去除率为86%。其次,以新型三维立体钛网和不锈钢作为阳阴极,活性炭和零价铁作为粒子电极构成三维电化学体系,通过单因素实验观察电流强度、p H值、起始浓度和氯离子浓度对硝酸盐氮去除效果的影响。结果表明,单因素实验的最优反应条件为:溶液初始p H为9.5和氯离子浓度为30 mg Cl/L时,硝酸盐氮的去除效率最高,为90%;而较高的硝酸盐氮起始浓度会使整体去除率降低,另外随着电流强度的升高,去除效率也逐渐提升。通过三维电化学体系对总氮浓度较高的电镀实际尾水进行处理,总氮从最初的45.42 mg N/L降到13.15 mg N/L,符合国家一级A标准。根据单因素实验结果,采用BOX-Benhnken中心组合试验进行数据分析,以硝酸盐氮的去除率(%)为响应值,电流强度、铁碳比值和p H值三因素构建合实验。运用软件对数据结果进行回归拟合获得回归方程,方差分析结果显示P值小于0.05,证明此响应模型显著,用该模型可以体现各变量因素和响应值在响应回归区域之内的相关性,对于实际值有较好的体现能力。通过对回归方程取一阶偏导等于零得到最优实验条件:电流强度为2A,p H为9.28,活性炭和铸铁的比例为23:1,在此条件下运行电化学系统,硝酸盐氮去除率为88.93%,总氮去除率为78%。最后,通过单因素实验确定的最优实验条件运行三维电化学体系,观察反硝化体系体系中硝酸盐氮的还原产物情况,结果显示水体中的还原产物主要为氨氮和亚硝酸盐氮,而亚硝酸盐氮在溶液中浓度很低。采用循环伏安曲线和扫描电子显微镜观察分析电极材料的性能和形貌,验证该电化学体系的电极特性,并在体系中加入对氯苯甲酸(PCBA)来抑制中间产物氨氮的直接氧化效能,观察硝酸盐氮的去除率变化情况,结果表明添加PCBA后,硝酸盐氮的去除率从81%降至67%,说明提升中间产物氨氮的降解效率可以提升硝酸盐氮的去除效率。外电场的引入对铁碳粒子微电解具有强化作用,并通过验证粒子电极对极板电流的影响,证明粒子电极对硝酸盐氮去除率的提升效能并对三维电极法还原硝酸盐氮的机理进行了探讨。