[发明专利]去除污水中硝酸盐的电化学方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除污水中硝酸盐的电化学方法及装置，用于污水处理。

背景技术

随着工农业的发展和人口的增加,含氮化合物的排放量急剧增加,硝酸盐在水体中的积累日趋严重,对人体健康及动植物的生长代谢造成严重危害，已成为水体中最普遍的污染因子。

常见的污水脱氮技术主要有非生物法和生物法两种，非生物法脱氮主要包括化学还原法、电渗析膜法、反渗透膜法、离子交换法。化学还原法是指利用一定的还原剂还原水中的硝酸盐从而使之去除，这种方法能快速去除硝酸盐，但是无论以金属元素还是氢气、甲酸、甲醛等作为还原剂，都容易形成副产物，造成水体的二次污染。电渗析膜法成本高、维护困难，在去除硝酸盐的同时也去除了其它无机盐，去除率也较低；离子交换法虽然可选择性去除硝酸盐，但只是将硝酸盐转移到介质或废液中，只起到了废物转移或浓缩的作用，并没有彻底地将硝酸盐去除，再生高浓度废液易形成二次污染。生物法脱氮技术的原理是利用氨化细菌将水体中的有机氮转化为氨氮，然后在有氧的条件下，硝化细菌将产生的氨氮转化为硝态氮，最后在缺氧的条件下，反硝化细菌利用水中的有机碳源和氢气等再将硝基氮还原为氮气，实现含氮化合物的生物去除。生物法的缺点是需要在有氧和厌氧两个条件下进行脱氮处理，系统结构复杂，此外脱氮微生物对温度，pH，有机物浓度，溶解氧等环境因素要求苛刻，维护成本较高。

电化学方法是当前世界水处理领域内的一种新型水处理方法，电化学法去除污水中硝酸盐方法可以分为三类：

1、电极-生物膜法：在这类反应器中，阳极主要为碳电极，在一定电压下自身氧化生成CO2，为负载在填料上的自养反硝化细菌提供碳源。反应器的阴极区H+发生还原反应生成H2，为自养反硝化细菌提供氢源，进而利用自养反硝化细菌自身的酶促反应去除水体中硝酸盐。

电极-生物膜法，是电化学方法和生物脱氮工艺相结合的技术，虽然在污水脱氮过程中不需要外加碳源，但是本质上需要利用自养反硝化细菌的生物活性对污水进行脱氮，因此反应器中对环境条件要求高，工艺复杂。多用于处理污水中的氨态氮。

2、电化学方法处理氨态氮：利用电解槽阳极区生成强氧化性物质（次氯酸，羟基自由基等），与污水中的氨氮（NH4+，NH3·H2O）反应生成N2，从而达到污水脱氮的目的，应用较多。电化学氧化还原法多用于处理污水中的氨态氮，处理NO3-应用较少。

3、电化学方法处理硝态氮：利用电化学反应器阴极，将污水中的硝酸盐、亚硝酸盐还原成为NH4+,进而与阳极区生成的强氧化性物质反应生成无害N2，应用较少。利用电化学方法处理含NO3-污水主要存在两个问题：

（1）电解时间控制非自动化，电解槽阳极生成的氧化性物质与污水中的氨态氮完全反应完毕后，再继续电解，将会继续生成过量的氧化性物质，对水体造成二次污染，需要进行后续处理。因此该方法实际应用过程中，需要测量污水中的氨态氮浓度随电解时间的变化，进而决定污水在电解槽中的水力停留时间，处理不同浓度氨态氮的污水需要调整设备运行参数。

（2）为了保证强氧化性次氯酸的生成，对于不含或者Cl-浓度较低的污水中需要外加Cl-。

发明内容

本发明目的是提供一种去除污水中硝酸盐的电化学方法及装置，能高效处理污水中的NO3-，NH4+等污染物，生成无害N2，同时根据电化学处理过程中的水体氧化还原电位的变化自动控制直流电源的启停，避免对水体的二次污染。

本发明的技术方案是：一种去除污水中硝酸盐的电化学方法，其特征在于，将含有硝酸盐污水引入电解槽；达到设定高水位后开启直流电源开始电解，在电解池阴极区硝酸盐被还原生成NH4+、NO2-和N2，在DSA阳极区生成的ClO-及·OH将生成的亚硝酸盐和氨态氮氧化为硝酸盐和氮气，经过在阴极和阳极之间连续的还原氧化过程，水中的硝酸盐全部被转化为无害的氮气。

通过工作电极和参比电极监测水体的氧化还原电位变化，当测量电位发生电位急剧上升△E>200mV，即将电信号传递至控制单元关停直流电源，同时排放电解槽内的污水至设定的低水位后，停止排水，开始下一轮的污水脱硝酸盐过程。