[发明专利]一种三维电极除氨氮的装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维电极除氨氮的装置，具体涉及一种利用电化学氧化和沸石吸附-离子交换协同作用去除水体中氨氮的装置以及在处理工业废水以及在渔业养殖中降低自然水体中氨氮浓度的应用。

背景技术

目前氨氮已成为工业、生活和农业废水中的主要污染物质之一。废水中的氨氮在被微生物氧化过程中会消耗水体中的溶解氧，一般而言，水体中氨氮在硝化细菌作用下会氧化生成硝酸盐，1g氨氮完全氧化为硝酸盐需要消耗4.6g氧气。高浓度的氨氮对水体中的鱼类等水生生物有毒害作用。研究表明，在渔业养殖过程中，氨氮会造成鱼类摄食降低、生长减慢、组织损伤并降低氧在组织中的输送能力。氨氮含量过高时会造成鱼类中毒死亡。因此，降低自然水体中氨氮浓度有利于保护渔业生产，保护自然生态环境。此外，氨氮作为一种氮源，其排放有可能引起自然水体中藻类的大量繁殖，生物的种群数量发生改变，破坏水体的生态平衡，造成水体富营养化。因此，控制水体中的氨氮浓度十分必要。降低氨氮浓度可以有效降低污水的需氧量，降低富营养化对某些敏感水体（如云南滇池）的损害。

传统去除氨氮的方法主要有生物硝化/反硝化、化学沉淀、吹脱、吸附、折点氯化等。硝化/反硝化作为一种微生物处理方法，受到温度、pH等环境因素的影响比较大，冬天出水浓度难以得到保证；化学沉淀需要添加化学物质，并形成化学污泥，易造成二次污染；吹脱法主要针对高氨氮浓度的废水，且需要在碱性条件下进行；吸附法并未真正去除氨氮，且吸附剂再生困难。因此，各方法在实际应用过程中均有严重的不足之处，开发新的快速深度处理氨氮废水的方法势在必行。

离子交换法由于不受温度的影响，操作相对简单，运行经济等优点受到人们的关注。沸石对氨氮具有很强的选择性离子交换能力，实践证明，使用沸石去除废水中的氨氮可以取得良好的效果。但是，沸石对氨氮的交换容量有限，当出水氨氮浓度大于限定值时，就需要更换沸石，使实际操作过程繁琐。

近年来，电化学氧化技术作为一种高级氧化技术已经成为了一个研究热点，该技术在常温常压下进行，具有能量利用率高、不需要投加药剂、安全、操作简便等优点，被认为是最有可能产业化的技术之一。相比于二维电极，三维电极能够增加电解槽的比表面积，增大传质能力，提高电流效率和处理能力，可以在不同电流密度下进行操作，并且易于实现自动化和连续操作。

发明内容

本发明提供了一种三维电极除氨氮的装置，其利用了沸石对废水中氨氮的强选择性离子交换及吸附作用来有效去除氨氮，并通过电解利用电化学氧化作用去除废水中及吸附在沸石上的氨氮，使得出水氨氮浓度一直保持在一个很低的水平。此方法不仅保留了离子交换法的优点，还避免了在去除氨氮的过程中更换沸石，具有连续、高效、自动化程度高的效果。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种除去废水中氨氮的水处理装置，具有这样的特征，包含：

电解槽，含有三维电极，用于处理废水；蠕动泵，用于向电解槽输送废水；集水箱，用于收集处理过的废水；直流电源，用于给电解槽供电；第一管道，用于连接废水和蠕动泵；第二管道，用于连接蠕动泵和电解槽；以及第三管道，用于连接电解槽和集水箱，其中，三维电极的阴极和阳极的顶部与直流电源相连。

进一步，根据本发明的水处理装置，还可以具有这样的特征：

其中，电解槽的总容积为1升，有效容积为350毫升。

进一步，根据本发明的水处理装置，还可以具有这样的特征：

其中，阳极为Ti/RuO₂，阴极为不锈钢板，三维电极的粒子电极为天然斜发沸石。

进一步，根据本发明的水处理装置，还可以具有这样的特征：

其中，天然斜发沸石的粒径为2-5毫米，填充高度为200毫米。

进一步，根据本发明的水处理装置，还可以具有这样的特征：

其中，电解槽的两块极板的尺寸均为172毫米×38毫米×1毫米，间距为10毫米。

进一步，根据本发明的水处理装置，还可以具有这样的特征：

其中，直流电源提供的电流为0-2安，电压为0-15伏。

进一步，根据本发明的水处理装置，还可以具有这样的特征：

其中，直流电源设有电流显示屏。

进一步，根据本发明的水处理装置，还可以具有这样的特征：

其中，蠕动泵设有转速显示屏。

另外，根据本发明的水处理装置，还可以具有这样的特征：

其中，电解槽上还连接有与第三管道并联的取样管道，取样管道具有第一阀门，第三管道具有第二阀门。

发明的作用与效果