一种电化学短程反硝化脱氮方法技术

本发明专利技术涉及一种电化学短程反硝化脱氮方法，采用铜电极作为阴极，形稳电极为阳极，向硝酸盐废水中预先加入一定量的氨基磺酸，再调节硝酸盐废水

【技术实现步骤摘要】
一种电化学短程反硝化脱氮方法


[0001]本专利技术涉及水处理
，尤其是涉及一种电化学短程反硝化脱氮方法
。

技术介绍

[0002]水环境中氮污染已成为全球性的环境问题，在许多地区，由于氮肥大量使用
、
生活污水和含氮工业废水处置不当等，硝态氮已成为地表水和地下水中主要的污染物之一
。
目前，针对废水中硝态氮主要处理方法包括以下几种：离子交换
、
反渗透
、
生物反硝化
、
催化加氢以及电化学还原
。
电化学还原法具有处理效率高，设备简单易操作，运行成本低等优点，逐渐受到广泛关注
。
硝酸根在阴极上的还原反应是整个电化学脱氮过程的核心，制约废水脱氮效率的关键在于阴极材料的选择
。
[0003]硝酸根的电化学还原产物包括亚硝酸根，氮气以及氨
。
虽然无毒的氮气是最理想的产物，但是目前已经开发的电极材料并不具备能高效还原硝酸根为氮气的性能，无法满足工业废水处理的需求
。
目前现行的电化学脱氮处理方案是，采用贵金属
(
如钌，铱，钯等
)
或者非贵金属
(
如铁，黄铜，锌等
)
等材料作为阴极，先将废水中的硝氮还原为氨氮，然后耦合阳极析氯法
(
即折点破氯
)
或汽提法进一步去除氨氮，从而最终实现总氮的完全去除
。
但是这种传统的电化学脱氮技术存在以下缺陷：
1)
高能耗：硝氮还原为氨氮需要经历8电子反应过程，反应需要高电流
(
千安级
)
，而且该反应有着较高的过电位，容易导致电解池槽压升高；
2)
产生高盐废水：将硝氮还原为氨氮会大量消耗水中的氢离子，从而产生强碱性废水，需要进一步加酸液中和强碱性；
3)
电化学反应过程中会产生大量的游离氨，而氨极容易从碱性废水挥发到大气中，从而造成严重的气态氨污染问题；
4)
若采用阳极析氯法进一步去除氨氮，则需要向废水中加入大量的氯盐，这会导致废水盐浓度急剧上升，另外，电解时阳极产生的大量氯气也会造成设备严重腐蚀和人员安全隐患；
5)
若采用汽提法去除氨氮，则需要增设吸收塔等设备，这不仅会造成处理费用上升，而且没有实现氨氮的完全去除
——
即转化为氮气，最终仍需要结合其它处理方法进一步降解氨氮
。
以上这些关键技术问题严重制约了电化学脱氮技术的推广应用
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了提供一种电化学短程反硝化脱氮方法，无气态氨污染，无需加氯盐，不产生强碱性废水
。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种电化学短程反硝化脱氮方法，采用铜电极作为阴极，形稳电极为阳极，向硝酸盐废水中预先加入一定量的氨基磺酸，再调节硝酸盐废水
pH
值至合适范围，随后将硝酸盐废水通入到电解池中进行电解脱氮处理
。
[0006]作为硝酸根还原反应产物之一，硝酸根还原为亚硝酸根只需要经历2电子还原过程，相较于还原到氨，前者所需的理论电量仅为后者的
1/4
，另外在合适
pH
范围内，亚硝酸根可以和氨基磺酸快速发生重氮化反应并最终产生氮气
。
本专利技术先向废水中投加氨基磺酸，并调节
pH
至合适范围，随后采用合适的电极材料将硝酸根还原为亚硝酸根
(
即电化学短程
反硝化过程
)
，亚硝酸根一旦生成便会立即与溶液中的氨基磺酸发生反应并产生氮气
。
这种新型电化学脱氮方法不仅避免了副产物氨氮的生成，还极大地节约了电能，简化了含硝酸根废水处理流程
。
[0007]优选地，电解处理过程中，同时监控电解池中废水的含氮量，满足出水指标即完成处理过程
。
[0008]优选地，所述铜电极的制备方法包括以下步骤：将铜金属材料清洗除油，然后去除氧化层，在一定温度下进行空气气氛煅烧，结束后将煅烧后的铜金属材料置于电解液中进行电化学还原处理，处理结束后即可得到用于电化学短程反硝化脱氮的电极
。
[0009]进一步优选地，所述铜金属材料中铜含量不低于
90wt
％，材料的形态包括但不限于片状
、
板状
、
网状
、
泡沫状中的一种
。
[0010]进一步优选地，所述清洗除油过程中采用的清洗剂包括但不限于无水乙醇
、
丙酮
、
乙腈中的一种，浸泡时间为1～
30min。
[0011]进一步优选地，所述去除氧化层过程中采用的溶剂包括但不限于盐酸
、
硫酸
、
磷酸中的一种，浓度为
0.1
～
1mol/L
，浸泡时间为1～
30min。
[0012]进一步优选地，所述煅烧温度为
100
～
500℃
，煅烧时间为
0.5
～
5h。
[0013]进一步优选地，所述电化学还原处理过程采用的电解液为硫酸钠溶液，其浓度为
0.01
～
1mol/L
，电解过程中煅烧后的铜金属材料为阴极，形稳电极为阳极
(
包括但不限于
IrO2‑
RuO2/Ti
和
PbO2/Ti
中的一种
)
，通电电流密度为5～
30mA/cm2，通电时间为1～
30min
，电极间的距离为1～
5cm。
[0014]优选地，所述形稳电极为
IrO2‑
RuO2/Ti
和
PbO2/Ti
中的一种
。
[0015]优选地，所述
pH
调节过程用的酸液为硫酸，其浓度为1～
18.4mol/L。
[0016]优选地，所述
pH
调节过程用的碱液为氢氧化钠溶液，其浓度为1～
20mol/L。
[0017]优选地，
pH
调节范围为2～
5。
[0018]优选地，所述氨基磺酸纯度不低于
97
％，其投加浓度与废水中硝酸根浓度之比为
0.5:1
～
1:1(
二者均以氮的质量浓度计
)。
[0019]优选地，所述电解脱氮过程中，阴极与阳极之间的距离控制在1～
5cm
，通电电流密度为1～
15mA/cm2。
[0020]本专利技术采用铜金属为阴极材料，通过热处理
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电化学短程反硝化脱氮方法，其特征在于，采用铜电极作为阴极，形稳电极为阳极，向硝酸盐废水中预先加入一定量的氨基磺酸，再调节硝酸盐废水
pH
值至合适范围，随后将硝酸盐废水通入到电解池中进行电解脱氮处理
。2.
根据权利要求1所述的电化学短程反硝化脱氮方法，其特征在于，所述铜电极的制备方法包括以下步骤：将铜金属材料清洗除油，然后去除氧化层，在一定温度下进行空气气氛煅烧，结束后将煅烧后的铜金属材料置于电解液中进行电化学还原处理
。3.
根据权利要求2所述的电化学短程反硝化脱氮方法，其特征在于，所述铜金属材料中铜含量不低于
90wt
％，材料的形态包括片状
、
板状
、
网状
、
泡沫状中的一种；所述清洗除油过程中采用的清洗剂包括无水乙醇
、
丙酮
、
乙腈中的一种，浸泡时间为1～
30min。4.
根据权利要求2所述的电化学短程反硝化脱氮方法，其特征在于，所述去除氧化层过程中采用的溶剂包括盐酸
、
硫酸
、
磷酸中的一种，浓度为
0.1
～
1mol/L
，浸泡时间为1～
30min。5.
根据权利要求2所述的电化学短程反硝化脱氮方法，其特征在于，所述煅烧温度为
100
～
500℃
，煅烧时间为
0.5
～
5h...

【专利技术属性】
技术研发人员：张礼知，张伟星，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：