一种高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学反应装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于垃圾渗滤液高效脱氮的技术领域，公开了一种高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学反应装置及方法。本发明专利技术利用双极膜(Bipolar membrane，BPM)的优势，即它在反向偏置电压条件下促进界面水解离并分别向阴极和阳极提供H

【技术实现步骤摘要】
一种高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学反应装置及方法


[0001]本专利技术属于垃圾渗滤液高效脱氮的
，特别涉及一种高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学反应装置及方法。

技术介绍

[0002]卫生填埋因其经济性仍被广泛应用于城市固体废弃物的处理处置，但该过程存在难以避免的二次污染问题——垃圾渗滤液。作为一种污染严重成分复杂的高浓度废水，垃圾渗滤液含有大量难降解有机物、高浓度氨氮，重金属离子和有毒物质，若不加以处理直接排放将对周围环境及地下水源造成严重污染。由于成熟垃圾渗滤液碳氮比低，可生化性较差，同时重金属和高浓度氨氮对微生物有很强的抑制作用，生物法存在很大的局限性，而物理法和化学法则会产生大量污泥和消耗大量混凝剂。电化学方法具有污泥产量少，操作简单和效率高等优点，已被证明可以有效去除地去除COD、氨氮、重金属污染物。
[0003]电化学氧化法作为一种高级氧化法，可以原位生成活性物种比如羟基自由基通过直接氧化或间接氧化快速的将污染物转化为无毒无害化产物，被广泛用于垃圾渗滤液中有机物和氨氮的降解。但是目前电氧化技术降解渗滤液中的氨氮还存在一定缺陷和挑战性，对于有机物去除的同时很少有研究涉及关于氨氮的完全去除，因为氨氮的氧化过程释放的大量质子造成体系迅速酸化抑制活性物质比如羟基自由基和次氯酸对氨氮的氧化。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学反应装置。通过构建双极膜
‑
电氯化体系原位利用溶液中的氯离子和双极膜解离水的特点，生成ClO
·
作为氧化氨氮的高活性和高选择性物种，实现氨氮向氮气的高效转化。
[0005]本专利技术另一目的在于提供上述高效去除垃圾渗滤液氨氮的方法。
[0006]本专利技术的目的通过下述方案实现：
[0007]一种高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学反应装置，其包含至少一个“三明治”式电化学装置，该“三明治”式电化学装置包括电源、两块有机玻璃制成的中空腔室以及双极膜，双极膜将“三明治”式电化学装置分隔成阳极室和阴极室，其中阳极室内设置有阳极，阴极室内设置有阴极，阳极和阴极分别连接直流电源的正、负极。
[0008]所述的每一个“三明治”式电化学装置中，阴极室和阳极室均外接同一个蠕动泵，利用蠕动泵将阳极室内的液体泵入至阴极室内实现流动。
[0009]当所述的“三明治”式电化学装置为两个以上时，各个“三明治”式电化学装置之间通过外接蠕动泵相互串联，前一个“三明治”式电化学装置中的阴极室内的垃圾渗滤液通过外接蠕动泵流动至后一个“三明治”式电化学装置中的阳极室内并进行恒电流电解实验。
[0010]当所述的“三明治”式电化学装置为至少两个时，对最后一个“三明治”式电化学装置中的阴极室内的液体收集采样，若达到排放标准即直接排放，若没有，则可通过外接蠕动
泵继续泵入至第一个“三明治”式电化学装置的阳极室内进行再一次的电解；当所述的“三明治”式电化学装置为一个时，收集阴极室内流出的液体并采样，若达到排放标准即直接排放，若没有，则可通过外接蠕动泵继续泵入至第一个“三明治”式电化学装置的阳极室内进行再一次的电解；即最后一个“三明治”式电化学装置的阴极室和第一个“三明治”式电化学装置的阳极室之间可根据需要设置蠕动泵以便有利于将最后一个“三明治”式电化学装置的阴极室内的液体泵入第一个“三明治”式电化学装置的阳极室内进行再一次的电解。
[0011]所述的双极膜优选为BP
‑
1E。双极膜作为离子隔膜将电化学体系从物理层面分割为阳极室和阴极室，双极膜在直流电场作用下解离水促进惰性电极PbO2表面羟基自由基(≡MOx(HO
·
))的生成，废水中Cl
‑
的通过≡MOx(HO
·
)介导进行间接氧化生成Cl
·
，并进行一系列自由基的链式反应生产以ClO
·
为关键活性物种的多种含氯自由基，实现氨氮的高效选择性氧化。另外在循环流动过程中凭借阴极泡沫镍阴极的自活化特点可以还原氨氮氧化过程产生的副产物NO3‑
实现废水总氮的去除。
[0012]所述的阳极电极优选为PbO2/Ti电极；
[0013]所述的阴极电极优选为泡沫镍(Ni foam)电极。
[0014]一种高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学方法，其根据“三明治”式电化学装置个数可以分为连续式或者间歇式，具体如下：
[0015]当“三明治”式电化学装置个数为1个时，其为间歇式运行，具体包括以下步骤：将“三明治”式电化学装置的阴极室和阳极室内都装满垃圾渗滤液，然后开始通电，电解的同时利用蠕动泵将“三明治”式电化学装置的阴极室和阳极室内溶液进行循环流动，即电解的同时利用蠕动泵将阳极室内的液体泵至阴极室内，同时将阴极室内的液体也再泵至阳极室内，溶液在电解过程中在阴阳极室往复流动完成降解，直至从阴极室内流出的液体中氨氮浓度达标；此时液体从阳极室内流出的速度与从阴极室内流出的速度相同。
[0016]当“三明治”式电化学装置个数超过2个时，其为连续式运行，具体包括以下步骤：将所有“三明治”式电化学装置的阴极室和阳极室内都装满电解液，然后开始通电，通电的同时利用蠕动泵将垃圾渗滤液泵入至第一个“三明治”式电化学装置的阳极室，同时再利用蠕动泵将第一个“三明治”式电化学装置的阳极室内的液体泵至阴极室实现流动，当液体从第一个“三明治”式电化学装置的阴极室的流出后，利用蠕动泵继续泵入至第二个“三明治”式电化学装置的阳极室，然后再通过蠕动泵进入第二个“三明治”式电化学装置的阴极室，重复，直至液体从最后一个“三明治”式电化学装置的阴极室内流出，若流出的液体中氨氮浓度已达到排放标准，则直接排放；若没有，则将流出的液体继续通过外接蠕动泵流入至第一个“三明治”式电化学装置的阳极室继续进行电解，直至流出的液体中氨氮浓度达到排放标准。废水在多个“三明治”式电化学装置的流动过程中流速保持恒定，根据“三明治”式电化学装置的体积和废水流速可以计算废水进入每个“三明治”式电化学装置的时间节点。
[0017]连续式运行时，所述的电解液为50
‑
100mM Na2SO4水溶液。
[0018]所述的通电后电流密度范围为5mAcm
‑2～15mA cm
‑2。
[0019]所述的垃圾渗滤液中氨氮浓度为500
‑
2000mg/L。
[0020]所述的排放标准是指满足我国污水处理污染物排放(GB18918—2002)一级A标准的氨氮含量(5mg L
‑1)。
[0021]上述的高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学反应装置在处理氨氮废水尤其是垃圾
渗滤液中的应用。
[0022]本专利技术的机理为：
[0023]针对垃圾渗滤液的高浓度氯离子特点，电氯化原位利用溶液中的氯离子生成活性氯物种氧化氨氮因其操作性强，自动化程度高等优点，具备很好的应用前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学反应装置，其特征在于包含至少一个“三明治”式电化学装置，该“三明治”式电化学装置包括电源、两块有机玻璃制成的中空腔室以及双极膜，双极膜将“三明治”式电化学装置分隔成阳极室和阴极室，其中阳极室内设置有阳极，阴极室内设置有阴极，阳极和阴极分别连接直流电源的正、负极。2.根据权利要求1所述的高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学反应装置，其特征在于：所述的每一个“三明治”式电化学装置中，阴极室和阳极室均外接同一个蠕动泵，利用蠕动泵将阳极室内的液体泵入至阴极室内实现流动。3.根据权利要求1所述的高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学反应装置，其特征在于：当所述的“三明治”式电化学装置为两个以上时，各个“三明治”式电化学装置之间通过外接蠕动泵相互串联，前一个“三明治”式电化学装置中的阴极室内的垃圾渗滤液通过外接蠕动泵流动至后一个“三明治”式电化学装置中的阳极室内。4.根据权利要求1所述的高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学反应装置，其特征在于：当最后一个“三明治”式电化学装置的阴极室的液体达不到排放标准时，最后一个“三明治”式电化学装置的阴极室和第一个“三明治”式电化学装置的阳极室之间设置蠕动泵以便有利于将最后一个“三明治”式电化学装置的阴极室内的液体泵入第一个“三明治”式电化学装置的阳极室内进行再一次的电解。5.根据权利要求1所述的高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学反应装置，其特征在于：所述的双极膜为BP
‑
1E。6.根据权利要求1所述的高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学反应装置，其特征在于：所述的阳极电极为PbO2/Ti电极；所述的阴极电极为泡沫镍电极。7.一种高效去除垃圾渗滤液氨氮的电化学方法，其特征在于包括以下步骤：当“三明治”式电化学装置个数为1个时，其为间歇式运行...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯春华，旷文杰，严樟，郑文笑，黄伟俊，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：