一种处理含氮有机废水的集成式反应器和方法技术

本发明专利技术公开了一种处理含氮有机废水的方法。该方法可显著提高传统电化学氧化工艺的总氮和COD的去除率。方法核心是通过引入铁固相电解质，在电解槽中通过有机废水中的有机质介导无定型铁化合物形成，间接引发硝酸盐还原的加速及促进羟基自由基的生成，以实现含氮有机废水的深度处理。同时，通过引入铁固相电解质抑制电解过程中有机氯副产物的形成，电化学反应器出水有效氯通过脱氯床反应器进行消除。基于本发明专利技术的方法，本发明专利技术还提供了一种集成式反应器，广泛适用于各种含氮有机废水(例如生活污水、工业废水和垃圾渗滤液等)中的总氮和COD的去除，同时抑制出水有机氯副产物的积累，以降低环境风险。该反应器操作简单，运行稳定，适合于在实际工程上进行推广。

An Integrated Reactor and Method for Treatment of Nitrogen-containing Organic Wastewater

The invention discloses a method for treating organic wastewater containing nitrogen. This method can significantly improve the removal rate of total nitrogen and COD in traditional electrochemical oxidation process. The core of the method is to introduce iron solid electrolyte to form amorphous iron compounds through organic matter in organic wastewater in the electrolytic cell, which indirectly induces the acceleration of nitrate reduction and the formation of hydroxyl radicals, so as to realize the advanced treatment of organic wastewater containing nitrogen. Meanwhile, the formation of organochlorine by-products in electrolysis process was inhibited by introducing iron solid electrolyte, and the effective chlorine in effluent of electrochemical reactor was eliminated by dechlorination bed reactor. Based on the method of the invention, the invention also provides an integrated reactor, which is widely applicable to the removal of total nitrogen and COD in various nitrogen-containing organic wastewater (such as domestic wastewater, industrial wastewater, landfill leachate, etc.), while inhibiting the accumulation of organochlorine by-products in effluent, so as to reduce environmental risk. The reactor is simple in operation and stable in operation. It is suitable for popularization in practical engineering.

【技术实现步骤摘要】
一种处理含氮有机废水的集成式反应器和方法
本专利技术涉及污水处理
，尤其涉及一种处理含氮有机废水的方法及反应器。
技术介绍
含氮有机废水是一种常见类型的废水，广泛来源于生活污水，水产养殖废水，厕所废水和垃圾渗滤液。含氮有机废水的直接排放会降低接收环境的氧化还原潜力，诱发富营养化，引发区域生态环境问题并危害人类健康。目前，已经证实微生物技术可用于去除氮和有机物质。然而，微生物技术的性能易受进水水质(例如C/N比和pH值)以及季节温度的影响，因此微生物技术难以获得稳定的出水水质。此外，在发展中地区很难建立大规模的集中生物处理系统。另一方面，电化学过程(例如电化学氧化，电化学还原，电凝，电Fenton和电浮选)由于其高处理效率，稳定的操作，强烈的环境适应性而适合于现在的处理。目前，含氮有机废水电化学处理的存在一个主要困难，即尽管通过电化学氧化产生的有效氯有利于COD和氨氮的去除，但它会抑制亚硝酸盐和硝酸盐的阴极还原，这意味着很难通过单一电化学过程实现从含氮有机废水同时高效去除TN和COD。考虑到这一点，已经集成了不同的电化学过程以提高COD和TN的去除效率。在专利技术人以前的报道中，脉冲电凝槽/电凝槽与电化学氧化槽的连接用于处理含氮有机废水(例如生活污水，池塘水，养猪废水和生物处理的垃圾渗滤液)，并获得了约90％的TN和COD去除率。此外，Fernandes等通过使用与阳极氧化池连接的电凝池，实现了95％的COD去除和几乎完全从垃圾渗滤液中去除TN。然而，先前的研究主要集中在通过连接多个电化学反应器以整合不同的电化学过程以实现从含氮有机废水中同时去除TN和COD。然而，关于通过构建单个电解池反应器来处理含氮有机废水的报道很少。从反应工程的角度来看，基于多个电解池连接的组合电化学系统的每个独立反应器之间的传质效率的总和通常低于集成的单个电解池。同时，在一个反应器中的操作可比多个反应器更简单且更高的去除效率。此外，单个反应器便于运输和维护。因此，基于单电解槽集成式电化学反应器的开发对促进电化学技术在含氮有机废水处理领域的实际应用至关重要。此外，有机氯和有效氯作为电化学过程的主要副产物，常常引起人们对其污染饮用水的担忧。尤其是有效氯，已证实其具有急性细胞毒性。因此，构建和优化含氮有机废水处理反应器，实现有机氯积累的抑制和有效氯的去除对于降低出水排放的环境风险至关重要。
技术实现思路
本专利技术第一方面的目的在于提供一种处理含氮有机废水的集成式反应器，以解决现有电化学技术在一个反应器中实现含氮有机废水中COD和总氮去除效率低的技术问题。本专利技术提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：通过在阴阳极之间放置充满铁屑的可抽出式网孔状固相电解质存放槽，接通阳极和阴极实现铁屑的极化，一方面通过极化铁的絮凝作用去除大分子难降解COD，另一方面，通过有机质存在条件下无定型铁化合物的生成及其介导的电子转移过程，实现硝酸盐还原的加速，进而提升总氮的去除效率。Ti/RuO2阳极可促进有效氯的生成，生成的有效氯一方面可实现氨氮和部分COD的去除，另一方面其与低结合能的无定型铁化合物的反应可促进羟基自由基的产生，从而提高COD的去除率。在该过程中，铁屑的存在还可抑制有机氯副产物的累积。污水在电化学反应器中处理后转移至本专利技术反应系统中的脱氯床反应器，以实现有效氯的去除。可选的，所述阴极可采用铁、铝或铜作为电极材料。相应的，本专利技术还提供一种处理含氮有机废水的反应器，包括：具有可抽出式网孔状固相电解质槽存放槽的电化学反应器和脱氯床反应器。所述可抽出式网孔状固相电解质存放槽的电化学反应器包括一个电化学反应槽。所述含氮有机废水处理装置的运行过程，水流首先通过进水口进入反应器后，关闭进水口。之后接通电源启动电化学系统。电化学系统处理后，关闭电源，静止沉淀，沉淀由下端的排泥口排除，上清液由出水口排出进入脱氯床反应器，脱氯床反应器处理后由脱氯床反应器的出水口排出。所述具有可抽出式网孔状固相电解质存放槽的电化学反应器包括装置本体、橡胶管、蠕动泵。所述脱氯床反应器包括装置本体、铁屑填料层和沸石填料层。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供一种处理含氮有机废水的方法，同时实现含氮有机废水中TN和COD的去除并可抑制有机氯的积累，同时消除出水有效氯。本专利技术还提供一种处理含氮含氯难降解有机废水的反应器，包括具有可抽出式网孔状固相电解质存放槽的电化学反应器和脱氯床反应器。与现有技术相比，本专利技术可显著提高COD和总氮的去除效率，缓解后续处理的压力。其次，本专利技术可有效抑制反应过程中有机氯副产物的积累并去除剩余的有效氯，减轻出水毒性。该处理含氮有机废水的反应器操作方便，自动化程度高。附图说明说明书附图图1为本专利技术实施例提供的处理含氮有机废水的反应器结构示意图；图1中标记示意为：1-进水水箱，2-直流电源，3-蠕动泵，4-Ti/RuO2阳极，5-阴极，6-可抽出式网孔状固相电解质存放槽，7-电化学反应器主体，8-脱氯床反应器，9-铁屑填充层，10-沸石填充层，11-排泥口，12-进水口，13-电化学反应器出水口，14-脱氯床反应器出水口。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术的技术方案作进一步阐述。一种应用权利要求1所述的方法处理含氮有机废水，其原理包括以下6个过程：第一过程，在接通电源后，溶液中的氯离子会在阳极表面被氧化从而在溶液中形成有效氯，有效氯可实现溶液中氨氮和部分COD的去除。第二过程，在接通电源后，位于可抽出式网孔状固相电解质存放槽中的铁屑固相电解质在槽电压下发生极化反应，使得铁屑朝向阳极的一端呈现阴极特性，朝向阴极的一端呈现阳极特性。铁屑极化阳极溶出的Fe2+离子迅速在溶液中有机质和氢氧根的作用下形成无定型铁化合物。初期主要形成低结合能的无定型铁化合物。这些无定型铁化合物可发挥絮凝作用，从而实现大分子有机质的高效去除。同时铁屑极化阴极的出现，增加了电化学系统的阴极总面积，为硝态氮的阴极还原提供了更多的反应位点，促进了硝酸盐的去除。第三过程，在第二过程中提到的低结合能无定型铁化合物在氧化过程中可形成高结合能的无定型铁化合物，在这一过程中，可加速硝酸盐的还原(方程式1-2)，由于高结合能无定型铁化合物可进一步被铁屑还原成低结合能的无定型铁化合物(方程式3)，因此，类似于基于铁形态演变的硝酸盐催化过程，从而实现硝酸盐的加速去除。NO3-+H2O+低结合能无定型铁化合物+2e-→NO2-+2OH-+高结合能无定型铁化合物(1)2NO2-+4H2O+低结合能无定型铁化合物+6e-→N2+8OH-+高结合能无定型铁化合物(2)铁屑+高结合能无定型铁化合物→低结合能无定型铁化合物(3)第四过程，在第二过程中提到的低结合能无定型铁化合物可被有效氯氧化并促进羟基自由基的形成(方程式4)，从而可实现COD的强化去除。2Fe2++ClO-+H2O＝2Fe3++Cl-+OH-+HO·(4)第五过程，铁屑固相电解质的引入，为有机氯副产物的去除增添的2条新的途径，第一，铁屑极化阴极为有机氯的直接还原脱氯提供了更多的还原位点；第二，基于铁屑极化阴极产氢促进了有机氯的加氢还原过程。第六过程，电化学反应器出水排入脱氯床反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种处理含氮有机废水方法，其特征在于，在单电解槽中引入铁固相电解质，通过有机废水中的有机质介导无定型铁化合物形成，间接引发硝酸盐还原的加速及促进羟基自由基的生成，以实现含氮有机废水污染物的深度处理，同时抑制有机氯副产物的积累，在同一体系内污水经电化学处理后流入脱氯床反应器，以去除残余有效氯，所述污染物指总氮和COD，所述有机质氯副产物包括三氯甲烷、三氯乙酸、三氯乙烷、三氯苯酚和三氯硝基甲烷，所述同一体系指在一个完整的运行周期下的整个工艺体系。

【技术特征摘要】
1.一种处理含氮有机废水方法，其特征在于，在单电解槽中引入铁固相电解质，通过有机废水中的有机质介导无定型铁化合物形成，间接引发硝酸盐还原的加速及促进羟基自由基的生成，以实现含氮有机废水污染物的深度处理，同时抑制有机氯副产物的积累，在同一体系内污水经电化学处理后流入脱氯床反应器，以去除残余有效氯，所述污染物指总氮和COD，所述有机质氯副产物包括三氯甲烷、三氯乙酸、三氯乙烷、三氯苯酚和三氯硝基甲烷，所述同一体系指在一个完整的运行周期下的整个工艺体系。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以成本低廉的铁屑作为电化学反应器的铁固相电解质。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以稳定性好、可长期运行的Ti/RuO2作为电化学反应器的阳极材料。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以稳定性好、可长期运行的铁板、铜板、锌板作为电化学反应器的阴极材料。5.根据权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯传平，邓阳，陈男，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11