耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置及方法，所述装置包括：装置壳体；配水区，设置在所述装置壳体上；多级串联的反应池，分别依次设置在所述装置壳体的内部，各反应池之间构成推流式流态结构；所述反应池包括阴极预还原区、固定床强化催化区以及阳极后氧化区；硝酸盐废水通过阴极预还原区还原后产生的亚硝氮进入固定床强化催化区，利用阴极预还原区产生的氢气对亚硝氮进行加氢催化生成氮气以及副产物氨氮，强化还原后的氨氮进入阳极后氧化区并进行氧化反应，最终生成氮气；出水口，设置在所述装置壳体上。本发明专利技术在整个反应装置内形成推流式流态，以此特定的时间和空间顺序，将硝酸盐还原后的副产物氨氮进入后氧化区，将氨氮彻底氧化为无害的氮气。将氨氮彻底氧化为无害的氮气。将氨氮彻底氧化为无害的氮气。

【技术实现步骤摘要】
耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置及方法


[0001]本专利技术涉及污水处理
，尤其是涉及耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]在农业和畜牧业中，由于土壤中肥料的过度使用且利用效率低下，这些残留的肥料受到雨水的冲刷被带入河流湖泊或渗流进入地下水中，造成富营养化现象以及地下水氮污染超标现象，这些氮源最终会转化成稳定的硝酸盐或者氨氮，对自然环境和公众健康造成潜在风险。因此，控制废水中硝酸盐和氨氮的排放量对水污染控制和水源保护十分重要。
[0004]电催化脱氮技术始于20世纪初，它是通过电能将硝酸盐转变成无害化的氮气。电催化脱氮受到广泛关注的原因有以下几点：1)它不仅有利于降低污废水中的硝酸盐浓度，解决能源危机，而且促进了氮的循环；2)反应条件温和，即在常温常压下即可反应；3)反应过程中使用的电能可以依靠自然界中可再生能源(如太阳能、风能、地热能等)发电来获得，整个过程并不会产生二次污染等问题；4)可控的产物选择性及反应装置的简易性。但是电催化脱氮技术离实际装备化应用仍存在较大差距，主要存在电极板成本较高，催化动力学缓慢，以及电能利用效率低下等问题。因此，开发实用、高效、可扩大化的电催化脱氮装置用于硝酸盐污废水的处理成为亟需解决的科学与技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置及方法，巧妙地利用推流式流态将进水中的硝酸盐依次流经阴极预还原区、固定床强化催化区以及阳极后氧化区，克服了传统完全混合态电解池中阴阳极互相干扰导致的动力学缓慢、电能利用率低等问题。利用进水时的流动状态作为推动力，无需提供额外动力来源(搅拌、曝气等)，降低了电催化脱氮的运行成本。并且固定床内填充的粒子电极不仅可以有效利用电场作用产生内部电流，并且可以利用阴极产生的氢气对进水中的硝酸盐进行加氢还原，提高催化反应效率。
[0006]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置，包括：
[0008]装置壳体；
[0009]配水区，设置在所述装置壳体上，用于向所述装置壳体内进行配水；
[0010]多级串联的反应池，分别依次设置在所述装置壳体的内部，各反应池之间构成推流式流态结构；所述反应池包括阴极预还原区、固定床强化催化区以及阳极后氧化区；硝酸盐废水通过所述阴极预还原区还原后产生的亚硝氮进入所述固定床强化催化区，所述固定床强化催化区利用所述阴极预还原区产生的氢气对亚硝氮进行加氢催化生成氮气以及副
产物氨氮，强化还原后的氨氮进入所述阳极后氧化区并进行氧化反应，生成氮气；
[0011]出水口，设置在所述装置壳体上，用于将多级串联的反应池处理后的废水排出。
[0012]进一步优化技术方案，所述阴极预还原区与固定床强化催化区以及固定床强化催化区与阳极后氧化区分别由折板进行分隔，各折板之间形成推流式廊道。
[0013]进一步优化技术方案，所述折板上设置有带有液位探测器的电磁阀，进水量达到前一级反应池的额定处理水量后自动开启，将多余的待处理污水流入下一级反应池进行处理。
[0014]进一步优化技术方案，所述推流式廊道的两端部分别设置有缓冲导流板，所述缓冲导流板用于预防死水区的产生，并提高推流式流态在时空分布上的有效性。
[0015]进一步优化技术方案，所述阴极预还原区内置有阴极板，所述阴极板采用的材料为碳毡或碳布或碳纤维或碳纸。
[0016]进一步优化技术方案，所述阳极后氧化区内置有阳极板，所述阳极板为钌铱钛网板或铱钽钛网板；所述阳极板与阴极板之间连接有外置于装置壳体的电源。
[0017]进一步优化技术方案，所述固定床强化催化区包括固定床和填充粒子，所述填充粒子为负载适量过渡金属的颗粒活性炭或三氧化二铝或沸石。
[0018]进一步优化技术方案，每级所述固定床强化催化区的底端分别设置有气水反冲洗管路，所述气水反冲洗管路用于在电极修复阶段对所述固定床强化催化区内的填充粒子进行气水反冲洗，以使得填充粒子局部再生。
[0019]进一步优化技术方案，每级所述阳极后氧化区上分别设有出水取样口；；所述阳极后氧化区连通设置有能够加入氯化盐的氯化盐加药组件。
[0020]耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理方法，所述方法基于所述的耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置进行，包括以下步骤：
[0021]S1、初始进水阶段：硝酸盐废水通过配水区进入阴极预还原区进行催化反应；
[0022]S2、阴极预还原阶段：在阴极预还原区内，由阴极利用电源供给的电压进行电催化反应，将硝酸盐还原至亚硝酸盐；
[0023]S3、固定床强化催化阶段：液面达到设定水位时，水流流入强化固定床强化催化区以及阳极后氧化区，此时阴阳极之间被水流浸润，产生电场，同时催化硝酸根的还原以及生成氨氮的氧化反应；阴阳极之间产生的反应电流从强化固定床强化催化区内部穿过，水流经强化固定床强化催化区中时，利用填充粒子中的反应电流以及阴极析出的氢气强化催化亚硝酸根到氨氮的还原；
[0024]S4、阳极氧化及氯氧化阶段：当达到设定的水力停留时间后，根据反应池内的出水氮指标情况，决定投加氯化盐或者开启下一级反应池进行后续反应。
[0025]采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果为：
[0026]1、本专利技术提供的耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置及方法，包括至少两组的“阴极区
‑
固定床
‑
阳极区”，在整个反应装置内形成推流式流态，以此特定的时间和空间顺序，将硝酸盐还原后的产物氨氮进入后氧化区，将氨氮彻底氧化为无害的氮气。本装置无二次污染，适用的pH和温度范围更广，克服了以往电催化还原硝酸盐的完全混合式流态导致的电流效率低、反应动力学慢以及亚硝酸盐积累等问题，更适用于高浓度硝酸盐废水的脱氮处理，提升了电催化还原硝酸盐的一体化集成水平。
[0027]2、本专利技术提供的耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置，优化了阳极室和阴极室的布置方式，利用折板电极将廊道水流形成推流式的流态，实现了电催化还原硝酸盐和氧化氨氮的有序运行，通过在阴阳极之间填充固定床，协同完成对硝酸盐废水的电催化脱氮。
[0028]3、本专利技术提供的耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置，采用了固定床催化剂作为粒子电极，优化了阴极和阳极的材质和成本。所用的阴极材料为低成本的商业化碳基材料，如碳毡、碳布、碳纤维等，所用的阳极材料为商业化的铱钛网板，铱钽钛网板，采用镂空的结构设计，降低了极板成本。固定床中填充的粒子电极为微量过渡金属负载的颗粒活性炭、三氧化二铝、沸石等，可以有效利用阴极产生的氢气和电场作用强化催化还原反应的进行。
[0029]4、本专利技术提供的耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置，在推流式过水廊道末端设置了缓冲导流板，有利于防止死水区的产生以及减少局部水头损失，优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置及方法，其特征在于，包括：装置壳体；配水区(6)，设置在所述装置壳体上，用于向所述装置壳体内进行配水；多级串联的反应池，分别依次设置在所述装置壳体的内部，各反应池之间构成推流式流态结构；所述反应池包括阴极预还原区(7)、固定床强化催化区(8)以及阳极后氧化区(9)；硝酸盐废水通过所述阴极预还原区(7)还原后产生的亚硝氮进入所述固定床强化催化区(8)，所述固定床强化催化区(8)利用所述阴极预还原区(7)产生的氢气对亚硝氮进行加氢催化生成氮气以及副产物氨氮，强化还原后的氨氮进入所述阳极后氧化区(9)并进行氧化反应，生成氮气；出水口(15)，设置在所述装置壳体上，用于将多级串联的反应池处理后的废水排出。2.根据权利要求1所述的耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置，其特征在于，所述阴极预还原区(7)与固定床强化催化区(8)以及固定床强化催化区(8)与阳极后氧化区(9)分别由折板进行分隔，各折板之间形成推流式廊道。3.根据权利要求2所述的耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置，其特征在于，所述折板上设置有带有液位探测器的电磁阀(12)，进水量达到前一级反应池的额定处理水量后自动开启，将多余的待处理污水流入下一级反应池进行处理。4.根据权利要求2所述的耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置，其特征在于，所述推流式廊道的两端部分别设置有缓冲导流板，所述缓冲导流板用于预防死水区的产生，并提高推流式流态在时空分布上的有效性。5.根据权利要求1所述的耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置，其特征在于，所述阴极预还原区(7)内置有阴极板，所述阴极板采用的材料为碳毡或碳布或碳纤维或碳纸。6.根据权利要求1所述的耦合固定床的硝酸盐顺序电转化处理装置，其特征在于，所述阳极后氧化区(9)内置有阳极板，所述阳极板为钌铱钛网板或铱钽钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：范建伟，薛英浩，张伟贤，马倩，袁诗音，马然而，孙茂欣，冉献强，张博，孙宇，
申请(专利权)人：上海同大科蓝环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：