申請(qǐng)日2014.01.28

　　公開(kāi)(公告)日2014.04.30

　　IPC分類號(hào)C02F1/467; C02F1/461

　　摘要

　　一種水處理系統(tǒng)及利用其同步去除水中氨氮和硝酸鹽氮的方法，本發(fā)明具體涉及同步去除水中氨氮和硝酸鹽氮的水處理裝置及方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的處理污水的電化學(xué)反應(yīng)器對(duì)污染物的降解率低、有二次污染的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的水處理系統(tǒng)包括圓柱套筒式反應(yīng)器、蠕動(dòng)泵和儲(chǔ)水池;儲(chǔ)水池的出水口經(jīng)蠕動(dòng)泵與圓柱套筒式反應(yīng)器的進(jìn)水口相連，圓柱套筒式反應(yīng)器的出水口與回流入口相連;其中圓柱套筒式反應(yīng)器由外筒、隔水內(nèi)筒、筒式不銹鋼陰極和棒式DSA陽(yáng)極組成;隔水內(nèi)筒的內(nèi)部為陽(yáng)極區(qū)，外筒與隔水內(nèi)筒之間為陰極區(qū)。方法：將待處理污水通入圓柱套筒式反應(yīng)器中，先后流經(jīng)陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)，在電極上發(fā)生電解反應(yīng)�？捎糜谕�步去除水中的氨氮和硝酸鹽氮。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種水處理系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括圓柱套筒式反應(yīng)器(1)、蠕動(dòng)泵(2)和 儲(chǔ)水池(3);其中圓柱套筒式反應(yīng)器(1)由外筒(1-1)、隔水內(nèi)筒(1-2)、筒式不銹鋼陰 極(1-3)和棒式DSA陽(yáng)極(1-4)組成;隔水內(nèi)筒(1-2)設(shè)置在外筒(1-1)中，棒式DSA 陽(yáng)極(1-4)位于隔水內(nèi)筒(1-2)中，隔水內(nèi)筒(1-2)的內(nèi)部為陽(yáng)極區(qū)，筒式不銹鋼陰極 (1-3)設(shè)置在外筒(1-1)與隔水內(nèi)筒(1-2)之間，外筒(1-1)與隔水內(nèi)筒(1-2)之間為 陰極區(qū)，在陰極區(qū)底部設(shè)置進(jìn)水口(1-5)，在陽(yáng)極區(qū)底部設(shè)置出水口(1-6);儲(chǔ)水池(3) 的出水口經(jīng)蠕動(dòng)泵(2)與圓柱套筒式反應(yīng)器(1)的進(jìn)水口(1-5)相連，圓柱套筒式反應(yīng) 器(1)的出水口(1-6)與儲(chǔ)水池(3)的回流入口相連。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水處理系統(tǒng)，其特征在于隔水內(nèi)筒(1-2)的高度為棒 式DSA陽(yáng)極4的1/2～2/3。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種水處理系統(tǒng)，其特征在于陰極區(qū)域與陽(yáng)極區(qū)域的體 積比為(1.4～2.5)：1。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種水處理系統(tǒng)，其特征在于外筒(1-1)與隔水內(nèi)筒 (1-2)的底部為圓錐形。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種水處理系統(tǒng)，其特征在于數(shù)個(gè)圓柱套筒式反應(yīng)器(1) 并聯(lián)。

　　6.利用權(quán)利要求1所述的一種水處理系統(tǒng)進(jìn)行同步去除水中氨氮和硝酸鹽氮的方法， 其特征在于該方法按以下步驟進(jìn)行：

　　用蠕動(dòng)泵(2)將儲(chǔ)水池(3)中的待處理污水經(jīng)圓柱套筒式反應(yīng)器(1)的進(jìn)水口(1-5) 通入圓柱套筒式反應(yīng)器(1)，以0.1L/min～0.15L/min的流速先流經(jīng)陰極區(qū)、再流經(jīng)陽(yáng)極區(qū)， 在電極上發(fā)生電解反應(yīng)，再?gòu)膱A柱套筒式反應(yīng)器(1)的出水口(1-6)回流至儲(chǔ)水池(3)， 如此循環(huán)，水力停留20～30min后，完成水處理過(guò)程;其中發(fā)生電解反應(yīng)的條件為：陰極電 壓為2V～2.5V，陽(yáng)極電壓為1.5V～1.8V，電流密度為5～15mA/cm2。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用水處理系統(tǒng)進(jìn)行同步去除水中氨氮和硝酸鹽氮的方法， 其特征在于污水流經(jīng)陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)的流速為0.15L/min～0.4L/min。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的利用水處理系統(tǒng)進(jìn)行同步去除水中氨氮和硝酸鹽氮的方 法，其特征在于水力停留22～28min。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的利用水處理系統(tǒng)進(jìn)行同步去除水中氨氮和硝酸鹽氮的方 法，其特征在于發(fā)生電解反應(yīng)的條件為：陰極電壓為2.5V～3V，陽(yáng)極電壓為1.8V～2V，電 流密度為8～13mA/cm2。

　　說(shuō)明書(shū)

　　一種水處理系統(tǒng)及利用其同步去除水中氨氮和硝酸鹽氮的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域;具體涉及一種電化學(xué)方法同步去除水中氨氮和硝酸鹽氮的水 處理裝置及方法。

　　背景技術(shù)

　　含氮化合物的排放不僅能導(dǎo)致收納水體的富營(yíng)養(yǎng)化，使水體惡臭，而且對(duì)給水的處理 造成一定的負(fù)擔(dān)。其中，氨氮是工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)業(yè)廢水中主要的污染物。主要以 NH3(aq)和NH4+的形式存在。廢水中的氨氮可能會(huì)是藻類植物瘋長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致湖泊，大 海等水體的富營(yíng)養(yǎng)化，進(jìn)而產(chǎn)生一系列的環(huán)境問(wèn)題，如水生生物死亡，進(jìn)而破壞生態(tài)系統(tǒng); 當(dāng)溫度和壓力變化時(shí)，NH3(aq)可以揮發(fā)到大氣中，形成離子物質(zhì)如氨的氣溶膠，這不 僅危害人類的健康，同時(shí)這種氣溶膠可以促進(jìn)酸雨的形成，進(jìn)而使土壤酸化;此外，水中 NH4+指可以再自然界中其他氧化劑的作用下進(jìn)一步氧化為NO2-和NO3-，目前已有一些實(shí) 驗(yàn)證明了NO3-對(duì)生物的毒性，具體來(lái)說(shuō)NO3-將會(huì)和血紅蛋白反應(yīng)，進(jìn)而造成缺氧死亡; NO3-進(jìn)入動(dòng)物腸道系統(tǒng)后將會(huì)轉(zhuǎn)化NO2-進(jìn)而增加消化系統(tǒng)致癌的概率。當(dāng)NO2-和NO3-較 高的水作為飲用水水源時(shí)，處理成本將會(huì)增加。因此，控制廢水中的氨氮和硝酸根的排放 量對(duì)水體保護(hù)十分重要。

　　為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，滿足公眾對(duì)高環(huán)境質(zhì)量的要求，國(guó)家對(duì)于城鎮(zhèn)污水的排放標(biāo)準(zhǔn)更 加嚴(yán)格，根據(jù)GB18918-2002的要求，氨氮的限制從原來(lái)的25mg/L嚴(yán)格為8mg/L(一級(jí) B)和5mg/L(一級(jí)A)，總氮從沒(méi)有限制到20mg/L(一級(jí)B)和15mg/L(一級(jí)A)。對(duì)于不 同工業(yè)廢水，氨氮和總氮的排放也有更進(jìn)一步的嚴(yán)格要求，因此進(jìn)一步控制氨氮和硝酸鹽 氮濃度的技術(shù)研發(fā)已經(jīng)迫在眉睫。目前，利用電化學(xué)氧化法進(jìn)行污水處理是通過(guò)使污染物 在陽(yáng)極附近進(jìn)行電子交換的直接或間接電解氧化作用。電化學(xué)氧化法的優(yōu)點(diǎn)有無(wú)需添加藥 劑，避免二次污染;可控制性較強(qiáng);操作簡(jiǎn)單條件要求較低，無(wú)需高溫高壓的條件，能量 利用率高;反應(yīng)器設(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)需特殊的裝置，設(shè)備費(fèi)用低等。近年來(lái)，電化學(xué)氧化法引 起了人們的極大的興趣，已有許多研究者用電化學(xué)法處理各種各樣的廢水：如垃圾滲濾液; 化肥廠廢水，焦化廢水，染色廢水，城市污水廠的出水;電廠廢水;反滲透濃縮液和紡織 廢水等等。現(xiàn)有的處理污水的電化學(xué)反應(yīng)器，一般是在一個(gè)固定體積的容器內(nèi)，將陰極處 陽(yáng)極平行放置，陰、陽(yáng)兩極間設(shè)置濾膜或者無(wú)隔膜，這種結(jié)構(gòu)的電化學(xué)反應(yīng)器由于反應(yīng)只 發(fā)生在陽(yáng)極上，電流效率低導(dǎo)致污水降解效率低，同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)只能氧化氨氮，不能達(dá)到 同時(shí)去除氨氮和還原硝酸鹽氮的目的，且氨氮的氧化產(chǎn)物可能是硝酸鹽氮，這樣將造成水 溶液中氮類污染物的二次污染。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的處理污水的電化學(xué)反應(yīng)器對(duì)污染物的降解率低、有二次污染的 技術(shù)問(wèn)題，而提供一種水處理系統(tǒng)及利用其同步去除水中氨氮和硝酸鹽氮的方法。

　　本發(fā)明的一種水處理系統(tǒng)包括圓柱套筒式反應(yīng)器1、蠕動(dòng)泵2和儲(chǔ)水池3;

　　其中圓柱套筒式反應(yīng)器1由外筒1-1、隔水內(nèi)筒1-2、筒式不銹鋼陰極1-3和棒式DSA 陽(yáng)極1-4組成;隔水內(nèi)筒1-2設(shè)置在外筒1-1中，棒式DSA陽(yáng)極1-4位于隔水內(nèi)筒1-2中， 隔水內(nèi)筒1-2的內(nèi)部為陽(yáng)極區(qū)，筒式不銹鋼陰極1-3設(shè)置在外筒1-1與隔水內(nèi)筒1-3之間， 外筒1-1與隔水內(nèi)筒1-2之間為陰極區(qū)，在陰極區(qū)底部設(shè)置進(jìn)水口1-5，在陽(yáng)極區(qū)底部設(shè) 置出水口1-6;

　　儲(chǔ)水池3的出水口經(jīng)蠕動(dòng)泵2與圓柱套筒式反應(yīng)器1的進(jìn)水口1-5相連，圓柱套筒式 反應(yīng)器1的出水口1-6與回流入口相連;

　　利用上述的一種水處理系統(tǒng)進(jìn)行同步去除水中氨氮和硝酸鹽氮的方法按以下步驟進(jìn) 行：

　　用蠕動(dòng)泵2將儲(chǔ)水池3中的待處理污水經(jīng)圓柱套筒式反應(yīng)器1的進(jìn)水口1-5通入圓柱 套筒式反應(yīng)器1，以0.1L/min～0.4L/min的流速先流經(jīng)陰極區(qū)、再流經(jīng)陽(yáng)極區(qū)，在電極上 發(fā)生電解反應(yīng)，再?gòu)膱A柱套筒式反應(yīng)器1的出水口1-6回流至儲(chǔ)水池3，如此循環(huán)，水力 停留20～30min后，完成水處理過(guò)程;其中發(fā)生電解反應(yīng)的條件為：陰極電壓為2V～2.5V， 陽(yáng)極電壓為1.5V～2V，電流密度為5～15mA/cm2。

　　本發(fā)明的水處理系統(tǒng)為保證可同步去除氨氮和硝酸鹽氮，分隔出氨氮氧化和硝酸鹽氮 還原的區(qū)域，同時(shí)確保陰陽(yáng)極上電壓可滿足各自反應(yīng)的要求。水從電解槽陰極區(qū)進(jìn)水口流 入，以推流模式流經(jīng)電解槽各個(gè)槽體單元，進(jìn)行電解反應(yīng)，同步去除氨氮和硝酸鹽氮，可 解決水體中同時(shí)存在氨氮和硝酸鹽氮污染的問(wèn)題，而且水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、 效果明顯。

　　本發(fā)明通過(guò)反應(yīng)器中不透水的隔水內(nèi)筒的設(shè)立和水流的自推式設(shè)計(jì)，在反應(yīng)器中形成 相對(duì)獨(dú)立的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)同步同時(shí)氧化氨氮和還原硝酸鹽氮的效果， 使水中氮類化合物直接變成氮?dú)�，從而降低污染物濃度。水中硝酸鹽氮經(jīng)過(guò)陰極時(shí)將發(fā)生 反硝化還原生成氮?dú)饣虬钡�，而�?yáng)極分區(qū)的存在將使水中氯離子生成游離余氯，在水溶液 中形成次氯酸，次氯酸將氧化氨氮，從而達(dá)到降低水中含氮污染物濃度的目的。本發(fā)明通 過(guò)控制反應(yīng)器內(nèi)水流停留時(shí)間來(lái)產(chǎn)生連續(xù)流的裝置效果，在保證電子傳遞的同時(shí)，使新型 電化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)分隔出陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)，更利于氨氮氧化和硝酸鹽氮反硝化的過(guò)程同步進(jìn) 行。

　　陽(yáng)極區(qū)次氯酸的氧化作用一方面可以氧化水中存在的氨氮，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)殺滅細(xì)菌和 病原微生物的作用，因此，反應(yīng)器兼具消毒效果。

　　水流進(jìn)入反應(yīng)器后，先在陰極區(qū)進(jìn)行硝酸鹽氮還原的作用，還原產(chǎn)物可能有氮?dú)夂桶?氮，其中產(chǎn)生的氨氮和水中初始的氨氮將在隨后的氧化過(guò)程中得到進(jìn)一步處理變成氮?dú)猓?經(jīng)過(guò)本裝置的處理后，水中的氮類污染物將最終變成氮?dú)庖萆⒌酱髿庵�，不�?huì)造成水中二 次污染的情況，因此，本發(fā)明裝置的設(shè)計(jì)可確保出水總氮達(dá)到要求。

　　本發(fā)明采用圓柱套筒的設(shè)計(jì)，可獲得最大的陰陽(yáng)極電極面積，使極板上的電流效率大 大提高。

　　本發(fā)明裝置通過(guò)電壓提供足夠的電子來(lái)發(fā)生一系列氧化還原反應(yīng)，簡(jiǎn)單可控，即開(kāi)即 停，反應(yīng)后無(wú)二次污染物，占地面積小，適合受污染地表水、城市污水廠生化出水、工業(yè) 廢水生化出水和海洋養(yǎng)殖廢水回用等去除總氮的需求。