基于电化学的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于电化学的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置及其方法，装置包括均能随转动轴在竖直方向上同步旋转的第一碳材料电极、第二碳材料电极、第一金属氧化物电极和第二金属氧化物电极，转动轴的轴线方向与水流方向平行；内腔底部设有能够吸附磁性铁化合物粒子的电磁装置和能够供给氧气的曝气装置，内腔中还设有若干搅拌装置。本发明专利技术通过结合非均相电芬顿体系和电氧化体系形成序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置及方法，可实现渗滤液中有机物和氨氮的分步针对性高效去除，弥补了单一电芬顿体系的脱氮缺陷和单一电氧化体系的除碳缺陷，同时具有占地面积小、催化剂原位持留强、含氯副产物产生风险低等优点。含氯副产物产生风险低等优点。含氯副产物产生风险低等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于电化学的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置及其方法


[0001]本专利技术属于污水处理领域，具体涉及一种基于电化学的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置及其方法。

技术介绍

[0002]当前，随着人口的大幅增长和消费需求的快速增加，生活垃圾处理需求不断提升。目前，填埋、焚烧、好氧堆肥等技术已成为有效解决垃圾围城问题的重要手段。然而，生活垃圾处理过程也会伴随着一定的二次污染问题，其中渗滤液的污染是不容忽视的问题之一。渗滤液通常含有高浓度有机物、高浓度氨氮以及高浓度氯离子，属于一类高浓度有机含盐含氮废水，若直接排入外部环境中，对生态环境和人类健康都会造成较大的威胁。
[0003]生物处理和膜处理联用工艺是处理渗滤液的常用工艺，但生物处理工艺的效率常受到渗滤液水质水量变化的影响，而膜处理工艺则不可避免地会发生膜污染和反渗透浓水问题。
[0004]近年来，电化学技术由于其环境适应性、稳定性和易于操作的特点，而被广泛地应用于渗滤液的处理中。电芬顿是一种基于传统芬顿氧化的高级氧化过程，其可在原位产生Fenton试剂，具有无需药剂投加、有机物矿化程度高等优点，但电芬顿过程中产生的强氧化性物质——羟基自由基无法实现氨氮的有效去除，存在脱氮缺陷。电氧化是一种与阳极材料性质、污水特性等因素密切相关的电化学过程，其在含氯废水中可通过析氯阳极将废水中的氯离子转化为次氯酸，进而利用折点加氯的原理，实现对氨氮的有效去除，但无法实现有机物的完全矿化，存在除碳缺陷，并存在有机氯化物产生的风险。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，结合电芬顿和电氧化污染物去除机制，提供一种基于电化学的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置及其方法，实现渗滤液中有机物和氨氮的高效、清洁去除。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供了一种基于电化学的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其包括具有中空内腔的反应主体；反应主体的一侧侧壁上部设置有与内腔连通的进水管，相对的另一侧侧壁底部设置有与内腔连通的出水管，顶部设置有与内腔连通的排气管；
[0008]所述内腔中设有第一碳材料电极、第二碳材料电极、第一金属氧化物电极和第二金属氧化物电极，第一碳材料电极和第二碳材料电极的电极板面均垂直水流方向且初始位置均位于内腔中水平面的下方，第一金属氧化物电极和第二金属氧化物电极的电极板面均垂直水流方向且初始位置均位于内腔中水平面的上方；第一碳材料电极与第一金属氧化物电极之间通过第一接线柱固定连接，位于第一碳材料电极和第一金属氧化物电极的下方设有第一曝气装置；所述第二碳材料电极和第二金属氧化物电极通过第二接线柱固定连接，位于第二碳材料电极和第二金属氧化物电极的下方设有第二曝气装置；所述第一接线柱和
第二接线柱均与水平设置的转动轴固定相接，使第一碳材料电极、第二碳材料电极、第一金属氧化物电极和第二金属氧化物电极均能随转动轴在竖直方向上同步旋转；所述转动轴位于内腔中，轴线方向与水流方向平行；转动轴的一端与位于反应主体外部的电机电气连接，另一端与内腔侧壁活动连接；所述第一接线柱通过第一导线与电极供电装置的一端连接，第二接线柱通过第二导线与电极供电装置的另一端连接；
[0009]所述内腔底部设有能够吸附磁性铁化合物粒子的电磁装置，内腔中还设有若干搅拌装置。
[0010]作为优选，所述进水管上设有进水阀门，出水管上设有出水阀门。
[0011]作为优选，所述反应主体为横向放置的圆筒状结构，第一碳材料电极、第二碳材料电极、第一金属氧化物电极和第二金属氧化物电极的竖直方向剖面均为半圆盘状。
[0012]作为优选，所述第一碳材料电极和第二碳材料电极均为碳毡电极，第一金属氧化物电极和第二金属氧化物电极均为钌铱钛网状电极。
[0013]作为优选，所述磁性铁化合物粒子为天然磁铁矿精粉。
[0014]作为优选，所述电机为步进电机，电极供电装置为正负极性可周期性切换的直流电源。
[0015]作为优选，所述第一曝气装置和第二曝气装置为膜片式微孔曝气器。
[0016]作为优选，所述反应主体的内腔中还设有与外部加药系统相连接的加碱管和pH探头。
[0017]作为优选，所述搅拌装置设置于反应主体的内腔侧壁或底部。
[0018]本专利技术的另一目的提供了一种根据上述任一所述装置处理渗滤液的方法，其具体如下：
[0019]S1：开启进水管上的进水阀门，使pH调节为2～4的待处理渗滤液经进水管进入反应主体的内腔中；待渗滤液的液面高于第一碳材料电极和第二碳材料电极且低于第一金属氧化物电极和第二金属氧化物电极时，关闭进水阀门；第一碳材料电极和第一金属氧化物电极与电极供电装置的负极相连接，第二碳材料电极和第二金属氧化物电极与电极供电装置的正极相连接；开启电极供电装置、第一曝气装置和搅拌装置，电磁装置处于断电状态，磁性铁化合物粒子被均匀分布在渗滤液中；第一碳材料电极作为阴极，将来自第一曝气装置的氧气转化为过氧化氢，过氧化氢在磁性铁化合物粒子表面还原态金属离子(如Fe
2+
)的非均相催化作用下继而产生羟基自由基，发生非均相电芬顿除碳过程，将渗滤液中的有机物转化成二氧化碳和水，同时，磁性铁化合物粒子向体相溶液中溶出的还原态金属离子(如Fe
2+
)或溶出的氧化态金属离子(如Fe
3+
)在阴极还原产生的还原态金属离子(如Fe
2+
)也可催化过氧化氢产生羟基自由基，强化非均相电芬顿除碳过程，多余的气体通过与外部连通的排气管排出反应主体；
[0020]将第一曝气装置断电，调节渗滤液的pH为5～7；通过电机带动转动轴旋转180
°
，使第一碳材料电极和第二碳材料电极分别与第一金属氧化物电极和第二金属氧化物电极的位置互换；位置转换后的第一金属氧化物电极和第二金属氧化物电极浸没于渗滤液中，第二金属氧化物电极作为阳极，将渗滤液中的氯离子有效转化为次氯酸，发生电氧化脱氮过程，渗滤液中的氨氮被转化成氮气脱离渗滤液，同时，磁性铁化合物粒子向体相溶液中溶出的Fe
2+
或溶出的Fe
3+
在阴极还原产生的Fe
2+
均可作为还原性物种，实现电芬顿处理后产生的
低浓度硝态氮向氮气的转化，多余的气体通过排气管排出反应主体；
[0021]电极供电装置和搅拌装置断电，通过电机带动转动轴旋转180
°
，使第一碳材料电极和第二碳材料电极分别与第一金属氧化物电极和第二金属氧化物电极的位置互换，位置转换后的第一碳材料电极和第二碳材料电极位于第一金属氧化物电极和第二金属氧化物电极的下方；电磁装置通电工作，磁性铁化合物粒子被吸附在反应池内底部；开启出水管的出水阀门，使处理后的渗滤液通过出水管排出反应主体；将出水阀门关闭，电磁装置断电，完成第一渗滤液处理周期；
[0022]S2：完成第一渗滤液处理周期后，开启进水管上的进水阀门，使pH调节为2～4的待处理渗滤液经进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电化学的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，包括具有中空内腔的反应主体(1)；反应主体(1)的一侧侧壁上部设置有与内腔连通的进水管(18)，相对的另一侧侧壁底部设置有与内腔连通的出水管(19)，顶部设置有与内腔连通的排气管(20)；所述内腔中设有第一碳材料电极(2)、第二碳材料电极(3)、第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)，第一碳材料电极(2)和第二碳材料电极(3)的电极板面均垂直水流方向且初始位置均位于内腔中水平面的下方，第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)的电极板面均垂直水流方向且初始位置均位于内腔中水平面的上方；第一碳材料电极(2)与第一金属氧化物电极(4)之间通过第一接线柱(6)固定连接，位于第一碳材料电极(2)和第一金属氧化物电极(4)的下方设有第一曝气装置(15)；所述第二碳材料电极(3)和第二金属氧化物电极(5)通过第二接线柱(7)固定连接，位于第二碳材料电极(3)和第二金属氧化物电极(5)的下方设有第二曝气装置(16)；所述第一接线柱(6)和第二接线柱(7)均与水平设置的转动轴(8)固定相接，使第一碳材料电极(2)、第二碳材料电极(3)、第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)均能随转动轴(8)在竖直方向上同步旋转；所述转动轴(8)位于内腔中，轴线方向与水流方向平行；转动轴(8)的一端与位于反应主体(1)外部的电机(9)电气连接，另一端与内腔侧壁活动连接；所述第一接线柱(6)通过第一导线(12)与电极供电装置(10)的一端连接，第二接线柱(7)通过第二导线(13)与电极供电装置(10)的另一端连接；所述内腔底部设有能够吸附磁性铁化合物粒子(14)的电磁装置(11)，内腔中还设有若干搅拌装置(17)。2.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述进水管(18)上设有进水阀门(23)，出水管(19)上设有出水阀门(24)。3.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述反应主体(1)为横向放置的圆筒状结构，第一碳材料电极(2)、第二碳材料电极(3)、第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)的竖直方向剖面均为半圆盘状。4.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述第一碳材料电极(2)和第二碳材料电极(3)均为碳毡电极，第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)均为钌铱钛网状电极。5.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述磁性铁化合物粒子(14)为天然磁铁矿精粉。6.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述电机(9)为步进电机，电极供电装置(10)为正负极性可周期性切换的直流电源。7.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述第一曝气装置(15)和第二曝气装置(16)为膜片式微孔曝气器。8.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述反应主体(1)的内腔中还设有与外部加药系统相连接的加碱管(21)和pH探头(22)。9.根据权利要求1所述的序批式渗滤液一体化除碳脱氮装置，其特征在于，所述搅拌装置(17)设置于反应主体(1)的内腔侧壁或底部。10.一种根据权利要求1～9任一所述装置处理渗滤液的方法，其特征在于，具体如下：
S1：开启进水管(18)上的进水阀门(23)，使pH调节为2～4的待处理渗滤液经进水管(18)进入反应主体(1)的内腔中；待渗滤液的液面高于第一碳材料电极(2)和第二碳材料电极(3)且低于第一金属氧化物电极(4)和第二金属氧化物电极(5)时，关闭进水阀门(23)；第一碳材料电极(2)和第一金属氧化物电极(4)与电极供电装置(10)的负极相连接，第二碳材料电极(3)和第二金属氧化物电极(5)与电极供电装置(10)的正极相连接；开启电极供电装置(10)、第一曝气装置(15)和搅拌装置(17)，电磁装置(11)处于断电状态，磁性铁化合物粒子(14)被均匀分布在渗滤液中；第一碳材料电极(2)作为阴极，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴东雷，陈旭，王晶丽，张舒迟，谈梦宇，董家裕，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：