[发明专利]电化学去除废水中总氮的方法

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种节能、高效、环保的去除废水中总氮的电化学去除废水中总氮的方法。

背景技术

《国家环境保护“十三五”规划纲要》明确指出，除继续对废水中COD和氨氮这2种常规污染物实行总量控制外，将新增总氮控制。因此，有效去除总氮的减排技术成为当前的形势需求。

氮是导致水体富营养化的一个主要因子。工业废水经一级预处理、二级生化处理后，外排废水仍含有数量不少的氮，主要包括硝态氮和亚硝态氮，以及少量氨氮和微量有机氮，统称为总氮（TN），其浓度采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法测定。

近年来，我国在废水深度处理方面做了大量的研究和应用实践，如生物滤池、膜过滤、高级氧化等，主要针对生化尾水中COD、色度、氨氮等因子处理。关于总氮（TN）去除，常规技术是生物硝化反硝化工艺，通过向二级生化出水补加碳源（甲醇），实施反硝化脱氮过程。这个工艺能有效去除硝态氮和亚硝态氮，但对氨氮和有机氮效果不好，且耗时长，需要投加额外碳源。

电化学技术因其环境友好性而成为国内外研究热点。电化学处理废水过程中，氨氮和有机氮（包括其他有机污染物）在阳极失电子发生氧化反应，转化为氮气；硝态氮和亚硝态氮在阴极得电子发生还原，转化为氮气，从而实现了废水中总氮及其他污染物有效去除。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种节能、高效、环保的去除废水中总氮的电化学去除废水中总氮的方法，该方法可以去除废水中总氮的电化学技术，实现总氮等污染物的高效去除，满足工业废水深度处理的要求。

所述的电化学去除废水中总氮的方法，采用电解装置处理废水，其特征在于电解装置内设有若干个反应单元，每个反应单元内均设有阳极和阴极，阳极和阴极之间设有隔膜，隔膜将每个反应单元分隔成阳极室和阴极室，相邻两个反应单元的阴极面和阳极面复合成复合电极，废水流经每个反应单元的阴极室和阳极室，通过阳极氧化反应和阴极还原反应进行废水的电化学处理，去除废水中的总氮。

所述的电化学去除废水中总氮的方法，其特征在于复合电极包括钛基氧化铅的阳极面和钛板电阴极面，隔膜与复合电极的间距为5~15mm。

所述的电化学去除废水中总氮的方法，其特征在于所述电解装置为柱塞流隔膜电氧化装置，其复合电极与隔膜之间设有导流板，废水沿导流板呈柱塞流模式流经各阴极室和阳极室。

所述的电化学去除废水中总氮的方法，其特征在于所述导流板依次竖向交替设置在各个反应单元的电解槽体的顶面与底面内侧，且呈之字形排列，相邻导流板的间距为10~100mm。

所述的电化学去除废水中总氮的方法，其特征在于若干个反应单元之间串联连接，废水经第一个反应单元的阴极室流入，依次沿导流板流经与第一个反应单元串联的第二个反应单元、第三个反应单元的阴极室，直至最后一个反应单元的阴极室流出；再从第一个反应单元的阳极室开始，依次流经第二个反应单元、第三个反应单元的阳极室，直至从最后一个反应单元的阳极室流出，左端反应单元的阳极和右端反应单元的阴极作为端电极分别连接脉冲直流稳流电源的正负极。

所述的电化学去除废水中总氮的方法，其特征在于每个反应单元的电解条件为：电流密度为5~20mA/cm²，废水流速为20~50m/h，废水经过每个反应单元的时间为2.0~6.0min。

所述的电化学去除废水中总氮的方法，其特征在于废水的COD为100~1000mg/L、总氮为50~200mg/L，pH值为6~9，色度为50~500。

所述的电化学去除废水中总氮的方法，其特征在于总氮包括氨氮、硝态氮及亚硝态氮，其中氨氮为30~150mg/L，硝态氮为15~60mg/L，亚硝态氮为5~30mg/L。

本发明废水处理工作原理是：

阳极室：阳极水解产生具有强氧化性的·OH，氧化电位高达2.80V，与污染物发生氧化反应，其反应方程式如下：

H₂O → ·OH + ·H

·OH可将氨氮（NH₃与NH₄⁺）氧化为氮气，将有机污染物（R）多级氧化为CO₂和H₂O，其反应方程式如下：

2NH₃ +6·OH → N₂ + 6H₂O