本發(fā)明涉及廢水處理領(lǐng)域，具體是一種三維脈沖電解除氨氮的方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)的發(fā)展，大量未經(jīng)處理的氨氮廢水肆意排放到環(huán)境中，且排放量逐年增長，其危害一方面主要表現(xiàn)在水體中大量氨氮的存在，使水草、藻類等水生植物快速生長繁殖，導(dǎo)致水體中有機(jī)物產(chǎn)生的速度大于水體消耗的速度，造成水體富營養(yǎng)化，破壞水體生態(tài)平衡，進(jìn)而使水質(zhì)惡化，造成水生生物大量死亡，嚴(yán)重的還會(huì)引起湖泊退化甚至消失。另一方面，氨氮在水體中經(jīng)硝化細(xì)菌的硝化作用，分解產(chǎn)生硝酸鹽和亞硝酸鹽，人類長期飲用含有亞硝酸鹽的飲用水，會(huì)出現(xiàn)缺氧癥狀，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致癌變并發(fā)等危害。因此對(duì)水體中氨氮的處理已經(jīng)成為當(dāng)今科學(xué)家們亟待解決的問題。
目前處理氨氮廢水的方法主要有吹脫氣提法、離子交換法、生物法、化學(xué)沉淀法、折點(diǎn)氯化法等。吹脫氣提法只適用于處理含高濃度氨氮的廢水，且處理達(dá)標(biāo)困難，容易造成大氣污染；離子交換法中吸附劑的吸附容量小，不適用于高含鹽量廢水的處理；生物法不僅反應(yīng)器占地面積大，而且需額外提供有機(jī)物作為微生物的碳源，且反應(yīng)周期較長；化學(xué)沉淀法中磷酸銨鎂沉淀劑的價(jià)格較高，用于氨氮的去除，其經(jīng)濟(jì)效益不高；折點(diǎn)氯化法需氯量較大，成本高，形成的氯胺和氯代有機(jī)物容易污染環(huán)境，且操作中折點(diǎn)不易把握。
近年來，電化學(xué)氧化法以其特有的設(shè)備占地面積小、操作簡(jiǎn)單、可控性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用到各類氨氮廢水處理領(lǐng)域。但現(xiàn)有的電化學(xué)研究中，一般多采用高氯離子濃度的電解質(zhì)體系，通過陽極的析氯作用衍生成大量的“活性氯物質(zhì)”，將氨氮氧化，該體系常會(huì)產(chǎn)生過量的余氯，存在二次污染，且高氯離子體系對(duì)機(jī)械設(shè)備的腐蝕也頗為嚴(yán)重，會(huì)大大降低工廠中設(shè)備和極板的使用壽命。
因此，降低處理氨氮廢水中氯離子添加濃度顯得尤為重要和緊迫。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中，電化學(xué)技術(shù)處理過程采用高氯離子濃度體系去除廢水中氨氮造成的腐蝕機(jī)械設(shè)備的問題，以及降低電化學(xué)氧化法處理氨氮的能耗問題。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種三維脈沖電解除氨氮的方法，其特征在于，包括若干組處理系統(tǒng)。單個(gè)處理系統(tǒng)包括：電源、陰陽極板、粒子電極、電解槽、恒流循環(huán)泵和循環(huán)水容器。
所述電解槽、恒流循環(huán)泵和循環(huán)水容器通過相關(guān)管道相連，構(gòu)成閉合回路。所述恒流循環(huán)泵與電解槽的進(jìn)水端相連。所述循環(huán)水容器與電解槽的出水端相連。
所述電解槽內(nèi)部設(shè)置有若干組陰陽極板。所述陰陽極板垂直于電解槽的進(jìn)水方向和出水方向。所述陰陽極板的陽極板為網(wǎng)狀鈦鍍釕銥，陰極板為網(wǎng)狀不銹鋼。相鄰的陰陽極板的間距為2～5mm。
所述陰陽極板的兩端分別與電源的陰極和陽極相連。
所述電源為數(shù)控雙脈沖電鍍電源。
所述陰陽極板的兩側(cè)填充有粒子電極。
使用上述系統(tǒng)進(jìn)行以下步驟：
1)在氨氮廢水中添加氯鹽；
所述氯鹽中氯離子的濃度為20～140mg/l；
2)通過恒流循環(huán)泵將循環(huán)水容器內(nèi)的氨氮廢水連續(xù)循環(huán)的送入電解槽中；
所述恒流循環(huán)泵的流量范圍為200～1000ml/h；
3)啟動(dòng)電源加載脈沖電流；所述電解槽內(nèi)進(jìn)行電解；
所述電源提供的脈沖頻率為5～5000hz，占空比為1～100％；
所述陰陽極板的電流密度為50～150ma/cm2。
進(jìn)一步，所述粒子電極包括椰殼活性炭、天然斜發(fā)沸石和生物陶粒；所述椰殼活性炭的粒徑為2～10mm，所述天然斜發(fā)沸石的粒徑為2～10mm，所述生活陶粒的粒徑為2～10mm。
進(jìn)一步，所述鈦鍍釕銥網(wǎng)板網(wǎng)孔孔徑為2～10mm；所述不銹鋼網(wǎng)板網(wǎng)孔孔徑為2～10mm。
本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1)本發(fā)明采用數(shù)控雙脈沖電鍍電源提供電能，相比傳統(tǒng)的直流電源，能夠減少電解槽中電極界面層溶液離子濃度與本體溶液濃度不同而引起電極電位偏離平衡電位所帶來的濃差極化，并且降低30％～60％的單位能耗；
2)本發(fā)明采用多組極板間隔2～5mm放置，陽極為網(wǎng)狀鈦鍍釕銥極板，陰極為網(wǎng)狀不銹鋼極板。電解槽中廢水流與網(wǎng)狀極板正面接觸，垂直流過，改善了污染物傳質(zhì)強(qiáng)度；
3)本發(fā)明采用椰殼活性炭、生物陶粒等多類粒子電極材料作為復(fù)性電極，與多數(shù)三維電極的研究只采用天然沸石相比，原材料來源廣，價(jià)格低廉，經(jīng)濟(jì)效益高。
4)本發(fā)明采用低氯離子濃度體系的電化學(xué)法，與傳統(tǒng)電化學(xué)法采用高氯離子濃度體系相比，具有減少極板和設(shè)備腐蝕的作用，延長設(shè)備和極板的使用壽命，同時(shí)實(shí)現(xiàn)氨氮的高效率去除。
附圖說明
圖1為單個(gè)三維脈沖電解除氨氮的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：電源1、陰陽極板2、粒子電極3、電解槽4、恒流循環(huán)泵5和循環(huán)水容器6。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
實(shí)施例1：
一種三維脈沖電解除氨氮的方法，其特征在于，包括若干組處理系統(tǒng)。
如圖1所示的單個(gè)處理系統(tǒng)包括：電源1、陰陽極板2、粒子電極3、電解槽4、恒流循環(huán)泵5和循環(huán)水容器6。
所述電解槽4、恒流循環(huán)泵5和循環(huán)水容器6通過相關(guān)管道相連，構(gòu)成閉合回路。所述恒流循環(huán)泵5與電解槽4的進(jìn)水端相連。所述循環(huán)水容器6與電解槽4的出水端相連。
所述電解槽4內(nèi)部設(shè)置有若干組陰陽極板2。所述陰陽極板2垂直于電解槽4的進(jìn)水方向和出水方向。所述陰陽極板2的陽極板為網(wǎng)狀鈦鍍釕銥，陰極板為網(wǎng)狀不銹鋼。相鄰的陰陽極板2的間距為2～5mm。
所述陰陽極板2的兩端分別與電源1的陰極和陽極相連。
所述電源1為數(shù)控雙脈沖電鍍電源。
所述陰陽極板2的兩側(cè)填充有粒子電極3。
實(shí)施例2：
一種三維脈沖電解除氨氮的方法，其特征在于，使用實(shí)施例1中的系統(tǒng)，進(jìn)行以下步驟：
1)配置模擬氨氮廢水：硫酸銨濃度范圍為318.6g/l、硫酸鈉濃度范圍為10g/l,氯化鈉濃度范圍為125mg/l；
2)電解槽4中極板間距為5mm，椰殼活性炭總填充量為130g，電流密度為109.65ma/cm2，恒流泵流量范圍在500～1000ml/h，量取步驟1)中的模擬配水650ml，加載脈沖電流電解300min，模擬配水中的氨氮去除率達(dá)到78.11％；
所述陽極板為網(wǎng)狀鈦鍍釕銥(尺寸為：57mm*76mm*1mm)，陰極板為網(wǎng)狀不銹鋼(尺寸為：57mm*76mm*1mm)；所述脈沖電流中脈沖頻率為5000hz，占空比為50％。
在本實(shí)施例中，由雙脈沖電鍍電源提供電能，相比傳統(tǒng)的直流電源，能夠減少電解槽4中電極界面層溶液離子濃度與本體溶液濃度不同而引起電極電位偏離平衡電位所帶來的濃差極化，并且降低單位能耗。在本實(shí)施例中，添加的氯化鈉濃度低，減少了對(duì)極板和裝置的腐蝕作用，同時(shí)達(dá)到去除氨氮的目的。
實(shí)施例3：
一種三維脈沖電解除氨氮的方法，其特征在于，使用實(shí)施例1中的系統(tǒng)，進(jìn)行以下步驟：
1)配置模擬氨氮廢水：硫酸銨濃度范圍為318.6g/l、硫酸鈉濃度范圍為10g/l,氯化鈉濃度范圍為155mg/l；
2)電解槽4中極板間距為5mm，椰殼活性炭總填充量為130g，電流密度為109.65ma/cm2，恒流泵流量范圍在500～1000ml/h，量取步驟1)中的模擬配水650ml，加載脈沖電流電解300min，模擬配水中的氨氮去除率達(dá)到98.01％；
所述陽極板為網(wǎng)狀鈦鍍釕銥(尺寸為：57mm*76mm*1mm)，陰極板為網(wǎng)狀不銹鋼(尺寸為：57mm*76mm*1mm)；所述脈沖電流中脈沖頻率為5000hz，占空比為50％。
在本實(shí)施例中，由雙脈沖電鍍電源提供電能，相比傳統(tǒng)的直流電源，能夠減少電解槽4中電極界面層溶液離子濃度與本體溶液濃度不同而引起電極電位偏離平衡電位所帶來的濃差極化，并且降低單位能耗。
在本實(shí)施例中，添加的氯化鈉濃度低，減少了對(duì)極板和裝置的腐蝕作用，同時(shí)達(dá)到去除氨氮的目的。
實(shí)施例4：
一種三維脈沖電解除氨氮的方法，其特征在于，使用實(shí)施例1中的系統(tǒng)，進(jìn)行以下步驟：
1)配置模擬氨氮廢水：硫酸銨濃度范圍為350.8g/l、硫酸鈉濃度范圍為10g/l,氯化鈉濃度范圍為155mg/l；
2)電解槽4中極板間距為2mm，天然斜發(fā)沸石總填充量為110g，電流密度為109.65ma/cm2，恒流泵流量范圍在500～1000ml/h，量取步驟1)中的模擬配水600ml，加載脈沖電流電解300min，模擬配水中的氨氮去除率達(dá)到98.13％；
所述陽極板為網(wǎng)狀鈦鍍釕銥(尺寸為：57mm*76mm*1mm)，陰極板為網(wǎng)狀不銹鋼(尺寸為：57mm*76mm*1mm)；所述脈沖電流中脈沖頻率為5000hz，占空比為50％。
在本實(shí)施例中，由雙脈沖電鍍電源提供電能，相比傳統(tǒng)的直流電源，能夠減少電解槽4中電極界面層溶液離子濃度與本體溶液濃度不同而引起電極電位偏離平衡電位所帶來的濃差極化，并且降低單位能耗。
在本實(shí)施例中，添加的氯化鈉濃度低，減少了對(duì)極板和裝置的腐蝕作用，同時(shí)達(dá)到去除氨氮的目的。
實(shí)施例5：
一種三維脈沖電解除氨氮的方法，其特征在于，使用實(shí)施例1中的系統(tǒng)，進(jìn)行以下步驟：
1)配置模擬氨氮廢水：硫酸銨濃度范圍為350.8g/l、硫酸鈉濃度范圍為10g/l,氯化鈉濃度范圍為160mg/l；
2)電解槽4中極板間距為2mm，天然斜發(fā)沸石總填充量為110g，電流密度為109.65ma/cm2，恒流泵流量范圍在500～1000ml/h，量取步驟1)中的模擬配水600ml，加載脈沖電流電解300min，模擬配水中的氨氮去除率達(dá)到98.68％；
所述陽極板為網(wǎng)狀鈦鍍釕銥(尺寸為：57mm*76mm*1mm)，陰極板為網(wǎng)狀不銹鋼(尺寸為：57mm*76mm*1mm)；所述脈沖電流中脈沖頻率為5000hz，占空比為50％。
在本實(shí)施例中，由雙脈沖電鍍電源提供電能，相比傳統(tǒng)的直流電源，能夠減少電解槽中電極界面層溶液離子濃度與本體溶液濃度不同而引起電極電位偏離平衡電位所帶來的濃差極化，并且降低單位能耗。在本實(shí)施例中，添加的氯化鈉濃度低，減少了對(duì)極板和裝置的腐蝕作用，同時(shí)達(dá)到去除氨氮的目的。