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含氮有機廢水電化學處理反應器及方法

發布時間:2019-7-2 17:36:32  中國污水處理工程網

  申請日2019.04.17

  公開(公告)日2019.06.21

  IPC分類號C02F9/12; C02F101/16

  摘要

  本發明公開了一種使電絮凝污泥獲得磁分離性能的含氮有機廢水電化學處理方法。該方法可在同時實現含氮有機廢水中污染物去除的基礎上,在傳統的電絮凝污泥中形成具有強磁性鐵化合物,從而使電絮凝污泥獲得磁性。方法核心是通過引入兩個陽極,一個是鐵陽極,一個是Ti/RuO2陽極,并且鐵陽極和Ti/RuO2陽極交替工作,為體系創造過渡態的氧化還原環境,促進強磁性Fe3O4和γ‑Fe2O3的積累。基于本發明的方法,本發明還提供了一種電化學反應器,廣泛適用于在含有電絮凝處理單元的含氮有機廢水(例如生活污水、工業廢水和垃圾滲濾液等)處理中的總氮和COD的去除,同時使電絮凝污泥獲得磁性,實現污泥的快速磁分離。

  權利要求書

  1.一種使電絮凝污泥獲得磁分離性能的方法,其特征在于,在同一體系中通過引入兩個陽極,一個是鐵陽極,一個是Ti/RuO2陽極,并且鐵陽極和Ti/RuO2陽極交替工作,可在同時實現含氮有機廢水中污染物去除的基礎上,為體系創造過渡態的氧化還原環境,促進強磁性Fe3O4和γ-Fe2O3的積累,并使其分布在電絮凝污泥中,進而使電絮凝污泥獲得磁性,所述污染物指總氮和COD,所述同一體系指在一個完整的運行周期下的整個工藝體系。

  2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,以成本低廉的鐵作為消耗性陽極。

  3.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,以穩定性好、可長期運行的Ti/RuO2作為電化學反應器的非消耗性陽極。

  4.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,以穩定性好、可長期運行的鐵板、銅板、鋅板作為電化學反應器的陰極材料。

  5.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,所述電極材料的形狀為板狀或網狀。

  6.一種使電絮凝污泥獲得磁分離性能的反應器,其特征在于,包括:

  具有可交替陽極運行的雙陽極電化學反應器和電磁分離裝置。

  7.根據權利要求6所述的反應器,其特征在于,雙陽極電化學反應器的兩個陽極交替工作。

  8.根據權利要求6所述的反應器,其特征在于,所述裝置的運行方式包括:

  水流首先通過進水口進入反應器后,關閉進水口,之后接通電源啟動電化學系統,電化學系統的兩個陽極工作順序為鐵陽極→Ti/RuO2陽極→鐵陽極→Ti/RuO2陽極→鐵陽極→Ti/RuO2陽極→鐵陽極,電化學系統處理后,關閉電源,打開電磁分離系統的開關,沉淀物經電磁分離系統的電磁鐵分離后,由下端的排泥口排除。

  9.根據權利要求6所述的反應器,其特征在于,所述電磁分離裝置的本體為可控的電磁鐵。

  說明書

  一種使電絮凝污泥獲得磁分離性能的含氮有機廢水電化學處理反應器及方法

  技術領域

  本發明涉及污水處理技術領域,尤其涉及一種處理含氮有機廢水的方法及反應器。

  背景技術

  含氮有機廢水是來源于生活污水,養殖廢水,廁所排水和垃圾滲濾液等的一種常見廢水。含氮有機廢水的直接排放會誘發區域生態環境問題并危害人類健康。已經證實,電化學技術由于其高效,穩定和環境適應性而適合于含氮有機廢水的處理。然而,含氮有機廢水的電化學處理存在兩個重要難點。第一,雖然電化學氧化產生的有效氯有利于COD和氨氮的去除,但它會抑制亞硝酸鹽氮和硝態氮的陰極還原,這意味著很難實現通過單個電解槽同時實現含氮有機廢水中總氮和COD的去除。考慮到這一點,在先前的報道中,往往通過連接多個電解槽來強化總氮和COD的去除率。例如,電絮凝槽與電化學氧化槽的連接用于處理含氮有機廢水(如生活污水,池塘水,養豬場廢水和垃圾滲濾液),獲得了90%以上的總氮和COD去除效率。然而,從反應工程的角度來看,基于多個電解池連接的組合電化學系統的每個獨立反應器之間的傳質效率的總和通常低于集成的單個電解池。同時,單電解槽反應器更加便于運輸和維護。因此,研發基于單電解槽的電化學反應器對于促進電化學技術在含氮有機廢水處理領域的實際應用至關重要。然而,目前很少有報道通過構建單個電解池反應器同時從含氮有機廢水中去除總氮和COD。

  其次,目前為了實現含氮有機廢水中總氮和COD同時去除,往往需要在電化學反應器中引入電絮凝單元。雖然電絮凝過程中產生的鐵絮凝物有利于疏水性有機物從液相中分離,但是,電絮凝沉淀物的沉降性能差,固液分離時間長。因此,往往需要構建大體積的沉淀池或設計長的沉淀時間,這對于提升電化學反應器的處理效率是不利的。過去,通過添加氧化劑或助沉劑以加速電絮凝沉淀物的沉降。不幸的是,使用額外的化學品將不可避免地導致維護困難和高運營成本以及二次污染的風險。

  基于上述兩個重要困難,開發可在同一個電解槽中實現含氮有機廢水中總氮和COD同時去除,并且利用反應器自身提升其電絮凝污泥沉降性能的方法和反應器,對于實現電化學技術在含氮有機廢水處理領域的推廣,實現含氮有機廢水的經濟高效處理具有重要意義。

  發明內容

  本發明第一方面的目的在于提供一種使電絮凝污泥獲得磁分離性能的方法,同時該方法具有在單電解槽中實現含氮有機廢水中總氮和COD同時去除的功能。以填補電化學技術在單一電解槽中實現含氮有機廢水總氮和COD去除方面的空缺及電絮凝污泥難以快速沉降的問題。本發明提供的諸多技術方案中的優選技術方案所能產生的諸多技術效果詳見下文闡述。

  為實現上述目的,本發明提供了以下技術方案:

  通過構建具有鐵和Ti/RuO2兩個陽極的反應器,并使兩個陽極交替工作,在鐵陽極條件下,高價態的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮可被快速還原成氨氮,在Ti/RuO2陽極條件下,氨氮被迅速氧化為氮氣而從液相中去除。此外鐵陽極和Ti/RuO2陽極交替工作,可為體系創造過渡態的氧化還原環境,促進強磁性Fe3O4和γ-Fe2O3的積累,進而使電絮凝污泥獲得磁性。

  可選的,所述陰極可采用鐵、鋁或銅作為電極材料。

  相應的,本發明還提供一種使電絮凝污泥獲得磁分離性能的含氮有機廢水處理的電化學反應器,包括:可交替陽極運行的雙陽極電化學反應

  所述的使電絮凝污泥獲得磁分離性能的含氮有機廢水處理的電化學反應器的運行方式包括:

  水流首先通過進水口進入反應器后,關閉進水口,之后接通電源啟動電化學系統,電化學系統的兩個陽極工作順序為鐵陽極→Ti/RuO2陽極→鐵陽極→Ti/RuO2陽極→鐵陽極→Ti/RuO2陽極→鐵陽極,電化學系統處理后,關閉電源,打開電磁分離系統的開關,沉淀物經電磁分離系統的電磁鐵分離后,由下端的排泥口排除。

  本發明具有如下有益效果:本發明提供一種使電絮凝污泥獲得磁分離性能的含氮有機廢水處理的電化學反應器,可同時實現含氮有機廢水中總氮和COD的同時去除,同時基于反應器創造的獨特的氧化還原環境,可使電絮凝污泥中形成磁性的鐵氧化物,從而使電絮凝污泥具有磁性,便于通過外加磁場進行分離,加快泥水分離時間,提高處理效率。

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