[发明专利]一种水处理系统及利用其同步去除水中氨氮和硝酸盐氮的方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域；具体涉及一种电化学方法同步去除水中氨氮和硝酸盐氮的水处理装置及方法。

背景技术

含氮化合物的排放不仅能导致收纳水体的富营养化，使水体恶臭，而且对给水的处理造成一定的负担。其中，氨氮是工业废水、生活污水和农业废水中主要的污染物。主要以NH₃（aq）和NH₄⁺的形式存在。废水中的氨氮可能会是藻类植物疯长，进而导致湖泊，大海等水体的富营养化，进而产生一系列的环境问题，如水生生物死亡，进而破坏生态系统；当温度和压力变化时，NH₃（aq）可以挥发到大气中，形成离子物质如氨的气溶胶，这不仅危害人类的健康，同时这种气溶胶可以促进酸雨的形成，进而使土壤酸化；此外，水中NH₄⁺指可以再自然界中其他氧化剂的作用下进一步氧化为NO₂^-和NO₃^-，目前已有一些实验证明了NO₃^-对生物的毒性，具体来说NO₃^-将会和血红蛋白反应，进而造成缺氧死亡；NO₃^-进入动物肠道系统后将会转化NO₂^-进而增加消化系统致癌的概率。当NO₂^-和NO₃^-较高的水作为饮用水水源时，处理成本将会增加。因此，控制废水中的氨氮和硝酸根的排放量对水体保护十分重要。

为了保护生态环境，满足公众对高环境质量的要求，国家对于城镇污水的排放标准更加严格，根据GB18918-2002的要求，氨氮的限制从原来的25mg/L严格为8mg/L(一级B)和5mg/L(一级A)，总氮从没有限制到20mg/L(一级B)和15mg/L(一级A)。对于不同工业废水，氨氮和总氮的排放也有更进一步的严格要求，因此进一步控制氨氮和硝酸盐氮浓度的技术研发已经迫在眉睫。目前，利用电化学氧化法进行污水处理是通过使污染物在阳极附近进行电子交换的直接或间接电解氧化作用。电化学氧化法的优点有无需添加药剂，避免二次污染；可控制性较强；操作简单条件要求较低，无需高温高压的条件，能量利用率高；反应器设备简单，无需特殊的装置，设备费用低等。近年来，电化学氧化法引起了人们的极大的兴趣，已有许多研究者用电化学法处理各种各样的废水：如垃圾渗滤液；化肥厂废水，焦化废水，染色废水，城市污水厂的出水；电厂废水；反渗透浓缩液和纺织废水等等。现有的处理污水的电化学反应器，一般是在一个固定体积的容器内，将阴极处阳极平行放置，阴、阳两极间设置滤膜或者无隔膜，这种结构的电化学反应器由于反应只发生在阳极上，电流效率低导致污水降解效率低，同时反应器内只能氧化氨氮，不能达到同时去除氨氮和还原硝酸盐氮的目的，且氨氮的氧化产物可能是硝酸盐氮，这样将造成水溶液中氮类污染物的二次污染。

发明内容

本发明是要解决现有的处理污水的电化学反应器对污染物的降解率低、有二次污染的技术问题，而提供一种水处理系统及利用其同步去除水中氨氮和硝酸盐氮的方法。

本发明的一种水处理系统包括圆柱套筒式反应器1、蠕动泵2和储水池3；

其中圆柱套筒式反应器1由外筒1-1、隔水内筒1-2、筒式不锈钢阴极1-3和棒式DSA阳极1-4组成；隔水内筒1-2设置在外筒1-1中，棒式DSA阳极1-4位于隔水内筒1-2中，隔水内筒1-2的内部为阳极区，筒式不锈钢阴极1-3设置在外筒1-1与隔水内筒1-3之间，外筒1-1与隔水内筒1-2之间为阴极区，在阴极区底部设置进水口1-5，在阳极区底部设置出水口1-6；

储水池3的出水口经蠕动泵2与圆柱套筒式反应器1的进水口1-5相连，圆柱套筒式反应器1的出水口1-6与回流入口相连；

利用上述的一种水处理系统进行同步去除水中氨氮和硝酸盐氮的方法按以下步骤进行：

用蠕动泵2将储水池3中的待处理污水经圆柱套筒式反应器1的进水口1-5通入圆柱套筒式反应器1，以0.1L/min～0.4L/min的流速先流经阴极区、再流经阳极区，在电极上发生电解反应，再从圆柱套筒式反应器1的出水口1-6回流至储水池3，如此循环，水力停留20～30min后，完成水处理过程；其中发生电解反应的条件为：阴极电压为2V～2.5V，阳极电压为1.5V～2V，电流密度为5～15mA/cm²。