本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種節(jié)能、高效、環(huán)保的去除廢水中總氮的電化學(xué)去除廢水中總氮的方法。

背景技術(shù)：

《國家環(huán)境保護“十三五”規(guī)劃綱要》明確指出，除繼續(xù)對廢水中cod和氨氮這2種常規(guī)污染物實行總量控制外，將新增總氮控制。因此，有效去除總氮的減排技術(shù)成為當(dāng)前的形勢需求。

氮是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的一個主要因子。工業(yè)廢水經(jīng)一級預(yù)處理、二級生化處理后，外排廢水仍含有數(shù)量不少的氮，主要包括硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮，以及少量氨氮和微量有機氮，統(tǒng)稱為總氮（tn），其濃度采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法測定。

近年來，我國在廢水深度處理方面做了大量的研究和應(yīng)用實踐，如生物濾池、膜過濾、高級氧化等，主要針對生化尾水中cod、色度、氨氮等因子處理。關(guān)于總氮（tn）去除，常規(guī)技術(shù)是生物硝化反硝化工藝，通過向二級生化出水補加碳源（甲醇），實施反硝化脫氮過程。這個工藝能有效去除硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮，但對氨氮和有機氮效果不好，且耗時長，需要投加額外碳源。

電化學(xué)技術(shù)因其環(huán)境友好性而成為國內(nèi)外研究熱點。電化學(xué)處理廢水過程中，氨氮和有機氮（包括其他有機污染物）在陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為氮氣；硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮在陰極得電子發(fā)生還原，轉(zhuǎn)化為氮氣，從而實現(xiàn)了廢水中總氮及其他污染物有效去除。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)能、高效、環(huán)保的去除廢水中總氮的電化學(xué)去除廢水中總氮的方法，該方法可以去除廢水中總氮的電化學(xué)技術(shù)，實現(xiàn)總氮等污染物的高效去除，滿足工業(yè)廢水深度處理的要求。

所述的電化學(xué)去除廢水中總氮的方法，采用電解裝置處理廢水，其特征在于電解裝置內(nèi)設(shè)有若干個反應(yīng)單元，每個反應(yīng)單元內(nèi)均設(shè)有陽極和陰極，陽極和陰極之間設(shè)有隔膜，隔膜將每個反應(yīng)單元分隔成陽極室和陰極室，相鄰兩個反應(yīng)單元的陰極面和陽極面復(fù)合成復(fù)合電極，廢水流經(jīng)每個反應(yīng)單元的陰極室和陽極室，通過陽極氧化反應(yīng)和陰極還原反應(yīng)進行廢水的電化學(xué)處理，去除廢水中的總氮。

所述的電化學(xué)去除廢水中總氮的方法，其特征在于復(fù)合電極包括鈦基氧化鉛的陽極面和鈦板電陰極面，隔膜與復(fù)合電極的間距為5~15mm。

所述的電化學(xué)去除廢水中總氮的方法，其特征在于所述電解裝置為柱塞流隔膜電氧化裝置，其復(fù)合電極與隔膜之間設(shè)有導(dǎo)流板，廢水沿導(dǎo)流板呈柱塞流模式流經(jīng)各陰極室和陽極室。

所述的電化學(xué)去除廢水中總氮的方法，其特征在于所述導(dǎo)流板依次豎向交替設(shè)置在各個反應(yīng)單元的電解槽體的頂面與底面內(nèi)側(cè)，且呈之字形排列，相鄰導(dǎo)流板的間距為10~100mm。

所述的電化學(xué)去除廢水中總氮的方法，其特征在于若干個反應(yīng)單元之間串聯(lián)連接，廢水經(jīng)第一個反應(yīng)單元的陰極室流入，依次沿導(dǎo)流板流經(jīng)與第一個反應(yīng)單元串聯(lián)的第二個反應(yīng)單元、第三個反應(yīng)單元的陰極室，直至最后一個反應(yīng)單元的陰極室流出；再從第一個反應(yīng)單元的陽極室開始，依次流經(jīng)第二個反應(yīng)單元、第三個反應(yīng)單元的陽極室，直至從最后一個反應(yīng)單元的陽極室流出，左端反應(yīng)單元的陽極和右端反應(yīng)單元的陰極作為端電極分別連接脈沖直流穩(wěn)流電源的正負極。

所述的電化學(xué)去除廢水中總氮的方法，其特征在于每個反應(yīng)單元的電解條件為：電流密度為5~20ma/cm²，廢水流速為20~50m/h，廢水經(jīng)過每個反應(yīng)單元的時間為2.0~6.0min。

所述的電化學(xué)去除廢水中總氮的方法，其特征在于廢水的cod為100~1000mg/l、總氮為50~200mg/l，ph值為6~9，色度為50~500。

所述的電化學(xué)去除廢水中總氮的方法，其特征在于總氮包括氨氮、硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮，其中氨氮為30~150mg/l，硝態(tài)氮為15~60mg/l，亞硝態(tài)氮為5~30mg/l。

本發(fā)明廢水處理工作原理是：

陽極室：陽極水解產(chǎn)生具有強氧化性的·oh，氧化電位高達2.80v，與污染物發(fā)生氧化反應(yīng)，其反應(yīng)方程式如下：

h2o→·oh+·h

·oh可將氨氮（nh3與nh4⁺）氧化為氮氣，將有機污染物（r）多級氧化為co2和h2o，其反應(yīng)方程式如下：

2nh3+6·oh→n2+6h2o

r+·oh→co2+h2o+inorganicions；

陰極室：陰極產(chǎn)生具有還原性的·h，與硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮等發(fā)生還原反應(yīng)，，其反應(yīng)方程式如下：

2no2^-+8·h→n2+4h2o

2no3^-+12·h→n2+6h2o

當(dāng)系統(tǒng)中存在氯離子時，陽極室會產(chǎn)生活性氯（以hclo為例），也具有強氧化性，能夠去除氨氮和有機氮等污染物，其反應(yīng)方程式如下：

3hclo+2nh4⁺→n2+3h2o+5h⁺+3cl^-

hclo+r→co2+h2o+inorganicions。

通過采用上述技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1）本發(fā)明采用限定結(jié)構(gòu)的電解裝置，通過陰陽兩極協(xié)同作用，同步去除廢水中的總氮以及其他污染物，提高電解效率；

2）本發(fā)明適用于對經(jīng)二級生化處理后總氮仍超標(biāo)的工業(yè)外排廢水的深度處理，對不同行業(yè)廢水具有通用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中的電化學(xué)處理流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中的反應(yīng)單元電極室導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-脈沖直流穩(wěn)流電源，2-陽極，3-隔膜，4-復(fù)合電極，5-導(dǎo)流板，6-陰極。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此：

如圖1所示，本發(fā)明的電化學(xué)去除廢水中總氮用電解裝置，包括電解裝置本體，電解裝置本體內(nèi)設(shè)有若干個相互串聯(lián)的反應(yīng)單元，且圖1中以最右端的反應(yīng)單元作為第一個反應(yīng)單元，最左端的反應(yīng)單元作為最后一個反應(yīng)單元；每個反應(yīng)單元內(nèi)均設(shè)有陽極2和陰極6，陽極2和陰極6之間設(shè)有隔膜3，隔膜3將每個反應(yīng)單元分隔成陽極室和陰極室，電解裝置的第一個反應(yīng)單元的陰極室設(shè)為進水口，最后一個反應(yīng)單元的陽極室設(shè)為出水口，相鄰兩個反應(yīng)單元的陰極面和陽極面復(fù)合成復(fù)合電極4。

本發(fā)明的陽極2采用鈦基二氧化鉛電極，陰極6采用鈦板電極，即復(fù)合電極4包括鈦基氧化鉛的陽極面和鈦板電陰極面，隔膜3與復(fù)合電極4的間距為5~15mm，實施例中隔膜3與復(fù)合電極4的間距為10mm；本發(fā)明實施例中的電解裝置為柱塞流隔膜電氧化裝置，其復(fù)合電極4與隔膜3之間設(shè)有導(dǎo)流板5（如圖2），導(dǎo)流板5依次豎向交替設(shè)置在電解槽體的頂面與底面內(nèi)側(cè)，且呈之字形排列，相鄰導(dǎo)流板5的間距為10~100mm，實施例中的相鄰導(dǎo)流板5的間距為100mm；廢水沿導(dǎo)流板5呈柱塞流模式流經(jīng)各陰極室和陽極室。

如圖1所示，本發(fā)明實施例中的反應(yīng)單元為5個，且5個反應(yīng)單元之間串聯(lián)連接，最后一個反應(yīng)單元的陽極2和第一個反應(yīng)單元的陰極6作為端電極分別連接脈沖直流穩(wěn)流電源1的正負極。

本發(fā)明陽極2為鈦基二氧化鉛電極，陰極6為鈦板電極，即復(fù)合電極4包括鈦基氧化鉛的陽極面和鈦板電陰極面，實施例中的復(fù)合電極4尺寸為400×500mm，厚度3mm，隔膜為相同尺寸的質(zhì)子膜。

實施例1：

化學(xué)制藥二級生化處理廢水水質(zhì)為：電導(dǎo)為34.7ms/cm，ph為7.8，cod為530mg/l，氨氮為70.33mg/l，色度為220，總氮110.5mg/l。待處理的廢水經(jīng)泵提升送入電解裝置本體右端陰極室的進水口，進入第一個反應(yīng)單元，沿電極與隔膜3間設(shè)置豎向“之”字形導(dǎo)流板5呈柱塞流模式依次流經(jīng)各個單元陰極室，直至最后一個反應(yīng)單元陰極室流出，廢水中的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮在陰極室完成還原反應(yīng)；最后一個反應(yīng)單元陰極室流出的廢水呈同向流再從第一個反應(yīng)單元的陽極室開始，依次流經(jīng)各個反應(yīng)單元的陽極室，直至從最后一個反應(yīng)單元陽極室的出水口流出，廢水中的氨氮和有機氮等在陽極室完成氧化反應(yīng)。

本發(fā)明實施例中的每個反應(yīng)單元的電解條件為：電流密度為15ma/cm²，各單元水力停留時間為6min，經(jīng)本發(fā)明的電化學(xué)方法處理后的廢水水質(zhì)與處理有的廢水水質(zhì)情況對照如表1所示。

表1制藥生化廢水經(jīng)電化學(xué)處理前后的水質(zhì)情況對照表

實施例2：

電解槽同實施例1。印染企業(yè)二級生化尾水水質(zhì)：電導(dǎo)16.56ms/cm，鹽度8.28g/l，氨氮43mg/l，ph6.9，cod為314mg/l，色度300，總氮62.2mg/l。廢水處理過程同實施例1，每個反應(yīng)單元的電解條件為：電流密度10ma/cm²，各單元水力停留時間為4min。廢水處理前后的水質(zhì)情況見表2所示。

表2印染生化廢水處理前后的水質(zhì)情況對照表

從表1和表2結(jié)果表明，在電流密度為10~15ma/cm²的處理條件下，廢水經(jīng)歷的總停留時間20~30min，出水總氮、氨氮、cod均能滿足納管標(biāo)準，本發(fā)明所涉及的電化學(xué)法適用于工業(yè)廢水生化出水的深度處理。

綜上所述，本發(fā)明所述的電化學(xué)技術(shù)可以有效地去除工業(yè)廢水中的總氮、氨氮等殘留污染物，還具備運行穩(wěn)定，無二次污染物生成，占地面積小等特點，適用于現(xiàn)在工業(yè)企業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r和環(huán)保的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。