[发明专利]基于电化学的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置及其方法

权利要求书

1.一种基于电化学的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，包括具有中空内腔的反应主体(1)；反应主体(1)的一侧侧壁上部设置有与内腔连通的进水管(18)，相对的另一侧侧壁底部设置有与内腔连通的出水管(19)，顶部设置有与内腔连通的排气管(20)；

所述内腔中设有第一碳材料电极(2)、第二碳材料电极(3)、第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)，第一碳材料电极(2)和第二碳材料电极(3)的电极板面均垂直水流方向且初始位置均位于内腔中水平面的下方，第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)的电极板面均垂直水流方向且初始位置均位于内腔中水平面的上方；第一碳材料电极(2)与第一金属氧化物电极(4)之间通过第一接线柱(6)固定连接，位于第一碳材料电极(2)和第一金属氧化物电极(4)的下方设有第一曝气装置(15)；所述第二碳材料电极(3)和第二金属氧化物电极(5)通过第二接线柱(7)固定连接，位于第二碳材料电极(3)和第二金属氧化物电极(5)的下方设有第二曝气装置(16)；所述第一接线柱(6)和第二接线柱(7)均与水平设置的转动轴(8)固定相接，使第一碳材料电极(2)、第二碳材料电极(3)、第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)均能随转动轴(8)在竖直方向上同步旋转；所述转动轴(8)位于内腔中，轴线方向与水流方向平行；转动轴(8)的一端与位于反应主体(1)外部的电机(9)电气连接，另一端与内腔侧壁活动连接；所述第一接线柱(6)通过第一导线(12)与电极供电装置(10)的一端连接，第二接线柱(7)通过第二导线(13)与电极供电装置(10)的另一端连接；

所述内腔底部设有能够吸附磁性铁化合物粒子(14)的电磁装置(11)，内腔中还设有若干搅拌装置(17)。

2.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述进水管(18)上设有进水阀门(23)，出水管(19)上设有出水阀门(24)。

3.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述反应主体(1)为横向放置的圆筒状结构，第一碳材料电极(2)、第二碳材料电极(3)、第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)的竖直方向剖面均为半圆盘状。

4.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述第一碳材料电极(2)和第二碳材料电极(3)均为碳毡电极，第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)均为钌铱钛网状电极。

5.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述磁性铁化合物粒子(14)为天然磁铁矿精粉。

6.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述电机(9)为步进电机，电极供电装置(10)为正负极性可周期性切换的直流电源。

7.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述第一曝气装置(15)和第二曝气装置(16)为膜片式微孔曝气器。

8.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述反应主体(1)的内腔中还设有与外部加药系统相连接的加碱管(21)和pH探头(22)。

9.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述搅拌装置(17)设置于反应主体(1)的内腔侧壁或底部。

10.一种根据权利要求1～9任一所述装置处理渗滤液的方法，其特征在于，具体如下：

S1：开启进水管(18)上的进水阀门(23)，使pH调节为2～4的待处理渗滤液经进水管(18)进入反应主体(1)的内腔中；待渗滤液的液面高于第一碳材料电极(2)和第二碳材料电极(3)且低于第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)时，关闭进水阀门(23)；第一碳材料电极(2)和第一金属氧化物电极(4)与电极供电装置(10)的负极相连接，第二碳材料电极(3)和第二金属氧化物电极(5)与电极供电装置(10)的正极相连接；开启电极供电装置(10)、第一曝气装置(15)和搅拌装置(17)，电磁装置(11)处于断电状态，磁性铁化合物粒子(14)被均匀分布在渗滤液中；第一碳材料电极(2)作为阴极，将来自第一曝气装置(15)的氧气转化为过氧化氢，过氧化氢在磁性铁化合物粒子(14)的非均相催化作用下继而产生羟基自由基，发生非均相电芬顿除碳过程，将渗滤液中的有机物转化成二氧化碳和水，多余的气体通过与外部连通的排气管(20)排出反应主体(1)；

将第一曝气装置(15)断电，调节渗滤液的pH为5～7；通过电机(9)带动转动轴(8)旋转180°，使第一碳材料电极(2)和第二碳材料电极(3)分别与第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)的位置互换；位置转换后的第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)浸没于渗滤液中，第二金属氧化物电极(5)作为阳极，将渗滤液中的氯离子有效转化为次氯酸，发生电氧化脱氮过程，渗滤液中的氨氮被转化成氮气脱离渗滤液，多余的气体通过排气管(20)排出反应主体(1)；

电极供电装置(10)和搅拌装置(17)断电，通过电机(9)带动转动轴(8)旋转180°，使第一碳材料电极(2)和第二碳材料电极(3)分别与第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)的位置互换，位置转换后的第一碳材料电极(2)和第二碳材料电极(3)位于第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)的下方；电磁装置(11)通电工作，磁性铁化合物粒子(14)被吸附在反应池(1)内底部；开启出水管(19)的出水阀门(24)，使处理后的渗滤液通过出水管(19)排出反应主体(1)；将出水阀门(24)关闭，电磁装置(11)断电，完成第一渗滤液处理周期；

S2：完成第一渗滤液处理周期后，开启进水管(18)上的进水阀门(23)，使pH调节为2～4的待处理渗滤液经进水管(18)进入反应主体(1)的内腔中；待渗滤液的液面高于第一碳材料电极(2)和第二碳材料电极(3)且低于第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)时，关闭进水阀门(23)；转换电极供电装置(10)的正负极性，使第一碳材料电极(2)和第一金属氧化物电极(4)与电极供电装置(10)的正极相连接，第二碳材料电极(3)和第二金属氧化物电极(5)与电极供电装置(10)的负极相连接；开启电极供电装置(10)、第二曝气装置(16)和搅拌装置(17)，电磁装置(11)处于断电状态，磁性铁化合物粒子(14)被均匀分布在渗滤液中；第二碳材料电极(3)作为阴极，将来自第二曝气装置(16)的氧气转化为过氧化氢，过氧化氢在磁性铁化合物粒子(14)的非均相催化作用下继而产生羟基自由基，发生非均相电芬顿除碳过程，将渗滤液中的有机物转化成二氧化碳和水，多余的气体通过与外部连通的排气管(20)排出反应主体(1)；

将第二曝气装置(16)断电，调节渗滤液的pH为5～7；通过电机(9)带动转动轴(8)旋转180°，使第一碳材料电极(2)和第二碳材料电极(3)分别与第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)的位置互换；位置转换后的第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)浸没于渗滤液中，第一金属氧化物电极(4)作为阳极，将渗滤液中的氯离子有效转化为次氯酸，发生电氧化脱氮过程，渗滤液中的氨氮被转化成氮气脱离渗滤液，多余的气体通过排气管(20)排出反应主体(1)；

电极供电装置(10)和搅拌装置(17)断电，通过电机(9)带动转动轴(8)旋转180°，使第一碳材料电极(2)和第二碳材料电极(3)分别与第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)的位置互换，位置转换后的第一碳材料电极(2)和第二碳材料电极(3)位于第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)的下方；电磁装置(11)通电工作，磁性铁化合物粒子(14)被吸附在反应池(1)内底部；开启出水管(19)的出水阀门(24)，使处理后的渗滤液通过出水管(19)排出反应主体(1)；将出水阀门(24)关闭，电磁装置(11)断电，完成第二渗滤液处理周期；

S3：所述第一渗滤液处理周期和第二渗滤液处理周期共同组成一个运行周期；重复所述运行周期，以实现对渗滤液的序批式处理。