專利名稱：用電流法去除廢水中氨氮的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用電流法去除廢水中氨氮的裝置。
技術(shù)背景廢水中普遍存在的氨氮污染物是造成水體富營養(yǎng)化的主要因素。目前去除廢水中的氨氮主要方法有生化法、化學(xué)法、空氣吹脫法和離子交換法等生化法是利用微生物對廢水中的氨氮進(jìn)行硝化、反硝化，使氨氮最終成為氮?dú)鈴乃腥コ朔ǖ娜秉c(diǎn)是處理時(shí)間長，且受廢水中的pH值、碳氮比、水溫、水中的溶氧DO、有毒物質(zhì)等因素影響，當(dāng)廢水中的氨氮濃度很高時(shí)，往往對微生物產(chǎn)生毒性的抑制作用，而使此法無法順利進(jìn)行；化學(xué)法是向含有氨氮的廢水中加入Mg2+、PO43-等化學(xué)物質(zhì)，使水中的氨氮形成不溶性的磷酸氨鎂絡(luò)合物而被去除，此法的缺點(diǎn)是處理成本高、去除效果差且不穩(wěn)定；選擇離子交換法是選擇對氨氮有效的選擇性離子交換物質(zhì)對水中的氨氮吸附而去除，此法存在著設(shè)備龐大、成本高、處理時(shí)間長、去除率不高、廢水中pH值的影響和離子交換物質(zhì)再生等問題；空氣吹脫法是向廢水中加入大量堿，使其pH值升至10～11而后鼓入大量空氣將氨從廢水中吹脫，此法存在的缺點(diǎn)是需要向水中投加大量的堿、耗大量的電能鼓入空氣、設(shè)備龐大，同時(shí)受溫度的影響大，當(dāng)冬天低溫時(shí)則無法進(jìn)行，吹脫效率不高，同時(shí)吹脫出來的空氣中夾帶有氨氣，從而對環(huán)境造成二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、結(jié)構(gòu)簡單的用電流法去除廢水中氨氮的裝置。
本實(shí)用新型所述的用電流法去除廢水中氨氮的裝置，包括反應(yīng)槽，其特征在于所述的反應(yīng)槽中設(shè)有一組或一組以上的電極，每組電極均由豎直于反應(yīng)槽中部的一對相間隔的陽極和分別豎直于槽的兩端側(cè)部的陰極構(gòu)成，陽極與陰極之間設(shè)置有一阻氣網(wǎng)孔板，所述的阻氣網(wǎng)孔板與槽的旁側(cè)壁構(gòu)成排氣室，其頂部設(shè)有廢氣收集器和排出管。
本實(shí)用新型用于去除廢水中的氨氮的原理是(1)在電場作用下，廢水中的銨離子和其它陽離子移向陰極，并在陰極區(qū)內(nèi)富集。水分子在陰極還原產(chǎn)生的氫氧根離子(OH-)，OH-和銨離子反應(yīng)而形成氨水。在循環(huán)水的沖擊或鼓入空氣下氨水分子分解成氨氣從廢水中逸出，經(jīng)頂部的廢氣收集器予以回收，其化學(xué)反應(yīng)式如下
如果廢水中含有的重金屬離子(如Pb2+、Cd2+)量不多，在pH 6.5-7.5條件下，銨離子在陰極也可直接得到電子而轉(zhuǎn)化為氨氣和氫氣
(2)電場采用變動的而非固定的，是避免廢水中的堿性陽離子(如鈉、鈣陽離子等)在陰極區(qū)的過分累積。電極組采用一組以上，使在第一組沒有得到清除的銨離子在第二組或下一組能得到進(jìn)一步處理，確保出水口的氨氮濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
(3)廢水從陰極和陽極之間流進(jìn)(更準(zhǔn)確地說，是從靠近陰極隔板和陽極之間流進(jìn)的)，然后橫向穿過陽極板進(jìn)入兩陽極的中間區(qū)，再由此縱向流出進(jìn)入下一個(gè)電極組或出口。這樣的水流方向有利于將銨離子吸引到陰極區(qū)，同時(shí)帶走陽極上產(chǎn)生的微氣泡。
(4)當(dāng)廢水中銨離子濃度較高時(shí)(＞500mg/l)，在循環(huán)水泵的連接管上設(shè)有用以添加堿的入口，通過加一定量的堿，增加陰極區(qū)氫氧根離子，從而達(dá)到減少電能消耗，縮短處理時(shí)間目的。此外，也可向水中投加500mg/l的NaCl，一方面抑制陽極氫離子的產(chǎn)生，另一方面利用形成的次氯酸，有效地提高氨氮的去除率。
(5)石墨電極有許多小的微孔，這些孔洞在沖擊水流或空氣鼓動下能避免在陰極的表面形成污垢膜，并促進(jìn)在陰極表面的氨氣、氫氣轉(zhuǎn)移逸出。
(6)多孔的阻氣網(wǎng)孔板是使陰極室形成一個(gè)銨離子富集區(qū)，并導(dǎo)流氨氣逸向頂部的廢氣收集器。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)一是不受廢水中氨氮濃度高低的影響，氨氮能迅速在陰極室內(nèi)富集，大大降低了流出水中的氨氮濃度，從而保證出水氨氮的達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)，在陰極室內(nèi)富集的氨氮濃度很高，使其去除效率高；二是受廢水中的pH值、溫度等的影響小；三是處理時(shí)間短、設(shè)備簡單而操作靈活方便；四是電極通電工作后，會在其表面產(chǎn)生熱能，從而加快氨氮轉(zhuǎn)化為氨氣；五是從廢水中逸出的氨氣和氫氣通過頂部的廢氣收集器后由排出管排出而回收利用，避免造成二次環(huán)境污染。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一的構(gòu)造示意圖。
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例二的構(gòu)造示意圖。
圖3是本實(shí)用新型三級連接的構(gòu)造示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一本實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的包括反應(yīng)槽1，其特征在于所述的反應(yīng)槽1中設(shè)有一組電極，該組電極由豎直于反應(yīng)槽1中部的一對相間隔的陽極2和分別豎直于槽的兩端側(cè)部的陰極3構(gòu)成，陽極2與陰極3之間設(shè)置有一阻氣網(wǎng)孔板4，所述的阻氣網(wǎng)孔板4與槽的旁側(cè)壁構(gòu)成排氣室5，其頂部設(shè)有廢氣收集器6和排出管7。其中，反應(yīng)槽1中靠近陰極3與阻氣網(wǎng)孔板4的槽底部均設(shè)有進(jìn)水口，其槽壁頂部設(shè)有出水口；反應(yīng)槽1底部外側(cè)設(shè)有一循環(huán)水泵8，其連接導(dǎo)管上設(shè)有用予添加堿的入口；循環(huán)水泵8輸入端與槽體內(nèi)腔相通，輸出端9伸入槽內(nèi)并靠近陰極2，所述的輸出端9上設(shè)有微孔；所述的電極均為多微孔的石墨電極，所述的阻氣網(wǎng)孔板4為多孔陶瓷；兩陽極的極間距為12cm，陰極與陽極之間的極間距為10cm。
工作時(shí)，廢水從靠近陰極3與阻氣網(wǎng)孔板4的槽底部的進(jìn)水口進(jìn)入，橫穿阻氣網(wǎng)孔板4、陽極2后進(jìn)入兩陽極中間，再由此縱向流出。通入的廢水在循環(huán)水泵8的作用下，由排氣室5內(nèi)循環(huán)水泵輸出端9上的微孔噴向陰極3，廢水中的銨離子和部分水電解產(chǎn)生的H+在陰極3富集并得到電子而轉(zhuǎn)化為氨氣和氫氣，在循環(huán)水的沖擊下從廢水中逸出，通過頂部的廢氣收集器6后由排出管7排出而回收利用；在循環(huán)水泵8的連接管上的入口處添加進(jìn)0.5M的NaOH(添加量為1.5毫升/秒)，促進(jìn)氨氣從廢水中逸出；帶有氨氣和氫氣的廢水在流經(jīng)阻氣網(wǎng)孔板4時(shí)，氣體被攔截于排氣室5內(nèi)，廢水則通過阻氣網(wǎng)孔板4進(jìn)入陽極室10，OH-、Cl-等在陽極2失去電子而轉(zhuǎn)化為氣體逸出。
未經(jīng)處理的廢水中的氨氮濃度為1950mg/l，所用的石墨電極大小為10？5cm2、厚度為0.5cm，工作時(shí)所施加的電場采用直流變動電場，變動范圍為0.5～5Vcm-1，變動速率為0.03～0.05Vcm-1s-1。電場強(qiáng)度變動方向電流從弱變到強(qiáng)，再從強(qiáng)變到弱。電流密度變動范圍為20～40mA/cm2。處理15min后，測定出水口中的氨氮濃度為685mg/l，降低了64.87％。
實(shí)施例二本實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的包括反應(yīng)槽1，其特征在于所述的反應(yīng)槽1中設(shè)有一組電極，該組電極由豎直于反應(yīng)槽1中部的一對相間隔的陽極2和分別豎直于槽的兩端側(cè)部的陰極3構(gòu)成，陽極2與陰極3之間設(shè)置有一阻氣網(wǎng)孔板4，所述的阻氣網(wǎng)孔板4與槽的旁側(cè)壁構(gòu)成排氣室5，其頂部設(shè)有廢氣收集器6和排出管7。其中，反應(yīng)槽1中靠近陰極3與阻氣網(wǎng)孔板4的槽底部均設(shè)有進(jìn)水口，其槽壁頂部設(shè)有出水口；反應(yīng)槽1底部外側(cè)設(shè)有一鼓風(fēng)機(jī)11，其連接導(dǎo)管上設(shè)有用予添加堿的入口；鼓風(fēng)機(jī)11的輸出端12伸入槽內(nèi)并靠近陰極2，所述的輸出端12上設(shè)有微孔；所述的電極均為多微孔的石墨電極，所述的阻氣網(wǎng)孔板4為有機(jī)膜板；兩陽極的極間距為12cm，陰極與陽極之間的極間距為10cm。
工作時(shí)，廢水由進(jìn)水口進(jìn)入反應(yīng)槽1內(nèi)，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)11的作用，由排氣室5內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)11的輸出端12上的微孔噴向陰極3，廢水中的銨離子和部分水電解產(chǎn)生的H+在陰極3富集并得到電子而轉(zhuǎn)化為氨氣和氫氣，在空氣的沖擊下從廢水中逸出，通過頂部的廢氣收集器6后由排出管7排出而回收利用；在鼓風(fēng)機(jī)11的連接管上的入口處添加進(jìn)0.5M的NaOH(添加量為1.5毫升/秒)，促進(jìn)氨氣從廢水中逸出；帶有氨氣和氫氣的廢水在流經(jīng)阻氣網(wǎng)孔板4時(shí)，氣體被攔截于排氣室5內(nèi)，廢水則通過阻氣網(wǎng)孔板4進(jìn)入陽極室10，OH-、Cl-等在陽極2失去電子而轉(zhuǎn)化為氣體逸出。廢水從陰極3流向陽極2(更準(zhǔn)確地說，是從靠近陰極的阻氣網(wǎng)孔板4向陽極的)，然后橫向穿過陽極進(jìn)入兩陽極的中間，再由此縱向流出進(jìn)入出口。
未經(jīng)處理的廢水中的氨氮濃度為1950mg/l，所用的石墨電極大小為10×25cm2、厚度為0.5cm，工作時(shí)所施加的電場采用直流變動電場，變動范圍為0.5～5Vcm-1，變動速率為0.03～0.05Vcm-1s-1。電場強(qiáng)度變動方向電流從弱變到強(qiáng)，再從強(qiáng)變到弱。電流密度變動范圍為20～40mA/cm2。處理15min后，測定出水口中的氨氮濃度為625mg/l，降低了67.79％。
實(shí)施例三按照實(shí)施例一的實(shí)施方式，在反應(yīng)槽1中設(shè)置三組電極，電極組與電極組之間設(shè)有一用于支持電極組的中間帶有空洞的隔板12。所用反應(yīng)槽寬大小為35cm，深30cm，長80cm，所用的石墨電極大小為10×25cm2、厚度為0.5cm，陰極3和陽極2之間的極間距為10cm。工作時(shí)，所施加的電場采用直流變動電場，變動范圍為0.5～5Vcm-1，變動速率為0.03～0.05Vcm-1s-1。電場強(qiáng)度變動方向第一個(gè)電極組是從弱變到強(qiáng)，再從強(qiáng)變到弱；第二個(gè)電極組則以相反的方向變動(既從強(qiáng)變到弱，再從弱變到強(qiáng))；而第三和第一電極組變動方向是一樣的。電流密度變動范圍為20～40mA/cm2。
未經(jīng)處理的廢水中的氨氮濃度為1950mg/l，流入反應(yīng)槽的流量為4.2升/分鐘(250升/小時(shí))。水力總停留時(shí)間是15分鐘，在每一個(gè)電極組區(qū)域的停留時(shí)間是5分鐘。陰極區(qū)循環(huán)水泵的泵速為30～35ml/s，在水泵上的添加堿入口處，加入0.5M NaOH，其添加量為1.5(毫升/秒)。
當(dāng)正常運(yùn)行2小時(shí)后，在各個(gè)電極組出水口取樣分析，測定出水中的氨氮濃度，COD，BOD5，SS以及部分的重金屬等，其結(jié)果見表一。
表一各級電極組出水口的水質(zhì)狀況


單位mg/l，水力總停留時(shí)間是15分鐘實(shí)施例四按照實(shí)施例二的實(shí)施方式，在反應(yīng)槽1中設(shè)置三組電極，電極組與電極組之間設(shè)有一用于支持電極組的中間帶有空洞的隔板12。所用反應(yīng)槽寬大小為35cm，深30cm，長80cm，所用的石墨電極大小為10×25cm2、厚度為0.5cm，陰極3和陽極2之間的極間距為10cm。工作時(shí)，所施加的電場采用直流變動電場，變動范圍為0.5～5Vcm-1，變動速率為0.03～0.05Vcm-1s-1。電場強(qiáng)度變動方向第一個(gè)電極組是從弱變到強(qiáng)，再從強(qiáng)變到弱；第二個(gè)電極組則以相反的方向變動(既從強(qiáng)變到弱，再從弱變到強(qiáng))；而第三和第一電極組變動方向是一樣的。電流密度變動范圍為20～40mA/cm2。
未經(jīng)處理的廢水中的氨氮濃度為1950mg/l，流入反應(yīng)槽的流量為4.2升/分鐘(250升/小時(shí))。水力總停留時(shí)間是15分鐘，在每一個(gè)電極組區(qū)域的停留時(shí)間是5分鐘。陰極區(qū)空氣鼓風(fēng)機(jī)鼓入空氣流量為100ml/s，在水泵上的添加堿入口處，加入0.5M NaOH，其添加量為1.5(毫升/秒)，在第一二電極組區(qū)的空氣泵上的添加堿入口處，加入0.5M NaOH，其用量為1.5(毫升/秒)，而第三電極組區(qū)不加堿。
當(dāng)正常運(yùn)行2小時(shí)后，在各個(gè)電極組出水口取樣分析，測定出水中的氨氮濃度，COD，BOD5，SS以及部分的重金屬等，其結(jié)果見表二。
表二各級電極組出水口的水質(zhì)狀況


單位mg/l，水力總停留時(shí)間是15分鐘本實(shí)用新型構(gòu)造簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，具有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值。
權(quán)利要求1.一種用電流法去除廢水中氨氮的裝置，包括反應(yīng)槽，其特征在于所述的反應(yīng)槽中設(shè)有一組或一組以上的電極，每組電極均由豎直于反應(yīng)槽中部的一對相間隔的陽極和分別豎直于槽的兩端側(cè)部的陰極構(gòu)成，陽極與陰極之間設(shè)置有一阻氣網(wǎng)孔板，所述的阻氣網(wǎng)孔板與槽的旁側(cè)壁構(gòu)成排氣室，其頂部設(shè)有廢氣收集器和排出管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用電流法去除廢水中氨氮的裝置，其特征在于所述的反應(yīng)槽中設(shè)有一組以上的電極時(shí)，所述電極組與電極組之間設(shè)有一用于支持電極組的中間帶有空洞的隔板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用電流法去除廢水中氨氮的裝置，其特征在于所述反應(yīng)槽中靠近陰極與阻氣網(wǎng)孔板的槽壁底部設(shè)有進(jìn)水口，兩陽極間的槽壁頂部設(shè)有出水口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用電流法去除廢水中氨氮的裝置，其特征在于所述的反應(yīng)槽底部外側(cè)設(shè)有一循環(huán)水泵或空氣鼓風(fēng)機(jī)，其連接導(dǎo)管上設(shè)有用予添加堿的入口。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用電流法去除廢水中氨氮的裝置，其特征在于所述的循環(huán)水泵輸入端與槽體內(nèi)腔相通，輸出端伸入槽內(nèi)并靠近陰極，所述的輸出端上設(shè)有微孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用電流法去除廢水中氨氮的裝置，其特征在于所述的空氣鼓風(fēng)機(jī)的輸出端伸入槽內(nèi)并靠近陰極，所述的輸出端上設(shè)有微孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用電流法去除廢水中氨氮的裝置，其特征在于所述的電極均為多微孔的石墨電極，所述的阻氣網(wǎng)孔板為多孔的陶瓷或有機(jī)膜板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用電流法去除廢水中氨氮的裝置，其特征在于電極上的電場強(qiáng)度變動范圍為0.5～5V/cm，變動速率為0.03～0.05Vcm-1s-1，電流密度變動范圍為30～100mA/cm2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種用電流法去除廢水中氨氮的裝置，其特征在于所述的每組電極中，其中一對電極的電場強(qiáng)度是從弱變到強(qiáng)，再從強(qiáng)變到弱，另一對電極組則從強(qiáng)變到弱，再從弱變到強(qiáng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用電流法去除廢水中氨氮的裝置，其特征在于所述的陽極極間距為10～15cm，陰極與陽極之間的極間距為5～40cm。
專利摘要一種用電流法去除廢水中氨氮的裝置，包括反應(yīng)槽，其特征在于所述的反應(yīng)槽中設(shè)有一組或一組以上的電極，每組電極均由豎直于反應(yīng)槽中部的一對相間隔的陽極和分別豎直于槽的兩端側(cè)部的陰極構(gòu)成，陽極與陰極之間設(shè)置有一阻氣網(wǎng)孔板，所述的阻氣網(wǎng)孔板與槽的旁側(cè)壁構(gòu)成排氣室，其頂部設(shè)有廢氣收集器和排出管。本實(shí)用新型構(gòu)造簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，具有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值。
文檔編號C02F1/48GK2873754SQ200520200229
公開日2007年2月28日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者林金畫, 吳金盧 申請人:林金畫