本发明专利技术提供了一种可快速去除水体中的微量硝酸盐的电解技术，特别是利用Fe-Si滤层电极和脉冲电源将含有硝酸盐的水体以10～100ml/min的流速，经过厚度为5～30cm该滤层材料后，水体中的硝酸盐浓度即可在2h内达到90％以上。该方法可用于去除水体中的硝酸盐，特别适合于中水及地下水中的硝酸盐氮的去除，具有工业实用性强，工艺操作简单，效果显著，使用周期长，价格低廉，无二次污染等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水体深度净化及水污染防治
，尤其涉及一种去除水中微量硝 酸盐的电解技术方法，具体是基于以多层透过性Fe-Si滤层电极和脉冲电源为特征的电解 装置来实现水中硝酸根的电化学催化还原降解。
技术介绍
近年来，随着工农业生产的快速发展，化肥的大量生产使用，养殖业的大规模发 展，以及工业废水和城市污水的大量排放，越来越多的硝酸盐污染物进入河流、湖泊和地下 水体，对饮水安全和生态环境构成威胁。目前，去除污废水中硝酸盐的比较经济常用的方法是生物反硝化法，废水处理厂 通常采用生物反硝化法处理硝酸盐，采用生物反硝化法将硝酸盐浓度降低至30mg/L左右 比较容易，但很难将硝酸盐浓度降低至10mg/L以下的水平。硝酸盐浓度在30mg/L左右的 中水，可以无公害排放，但若用作城市景观用水比较容易引发水华，需要将硝酸盐浓度降低 至10mg/L以下的水平，以保证中水资源化利用的安全性。物理脱硝法和化学还原法虽然也 能用于水体中硝酸盐的去除，但用于污废水处理的费用较高，不经济，不实用。电化学还原脱硝法，以电子为还原剂，无须投加催化剂，无二次污染，反应条件温 和，设备简单，日益引起人们的广泛关注。中国专利CN 101774670A提出一种可快速去除水体中超标卤酸盐的滤层材料，该 滤层材料是铁硅碳合金粉体、镁铝合金粉体以及颗粒状活性炭或颗粒状无烟煤的混合物。 将含过量卤酸盐的水体以3 20m/h的流速经过厚度为20 50cm该滤层材料后，水体中 的卤酸盐浓度即可被大幅度降低。中国专利CN 1868913提出使用Fe_Si/%"Al粉体材料还原去除水体中微量含氯有机物，将 Fe-Si合金粉体与活齢属MgrAl合金偶合大幅度提高降解脱氯速率，避免了铁离子溶出的糖，处理 后水质倉鄉满足 水质量标准，尤其适用TOT水中微Sit化消毒副产物的去除。这说明Fe-Si粉 {材才料在足够负的电位下具有很强的催舰原能力，可以尝协f其用于水体中硝 的还原去除。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电化学快速深度去除水体中硝酸根的电解技术方法， 用于深度去除中水中较难用生物法去除的微量硝酸盐氮，促进中水的资源化利用。本专利技术的电解技术方法，利用以多层透过性Fe-Si滤层电极为阴极的电解装置及 脉冲电源来实现。本专利技术所述的电解装置以透过性Fe-Si滤层电极由铁硅合金粉体和作为支撑集 流体的网状电极所组成，其中铁硅合金粉体具有稳定电催化活性、便宜耐蚀、易加工的特 性，其化学组成为Fe 35 90wt%，Si 8 60wt%，C 0. 5 5wt%，粒径为0. 1 8匪，最 佳为0. 5 4mm ；网状电极为网状钛电极或网状钛镀铱电极或网状钛镀钌电极。将铁硅合 金粉体放在网状电极之上构成Fe-Si滤层电极，其厚度可根据需要调整。本专利技术所述的电解装置的阳极可以为网状钛电极或网状钛镀铱电极或网状钛镀 钌电极。本专利技术所述的电解装置结构如附图说明图1所示，它由两层以上的透过性Fe-Si滤层电极 所组成，上层复合电极接电源的正极，下层复合电极接电源的负极。工作运行时水流自下而 上流动，也可以自上而下流动通过，定时进行反冲洗，每层透过性Fe-Si滤层电极的Fe-Si 粉体厚度控制在5 30cm为宜。本专利技术所述的电解装置采用双电位周期供电方式，其特点是，长时段低电压微电 流富集，短时段高电压冲击电流电解。双电位周期电解装置所涉及的电源分为直流电源和 脉冲电源两种，其中脉冲电源为长时段低电压与短时段高电压的叠加，这样可以最大限度 地降低水的无效电解，提高电化学催化降解效率。脉冲电源周期设计10 30秒可调，其中 高压短时段为0. 1 1. 0秒可调；低压-0. 5 1. OV可调，高压0 10. OV可调；最大冲击 电流10A。电流密度范围在1 50mA/cm2。本专利技术所述的水体中硝酸盐电解技术所涉及的反应如下(1)阴极硝酸根或亚硝酸根向氮气或氨氮的还原转化N(V+6H++5e-— 1/2N2+3H20N03>2H++2e" — NO2^H2ON(V+4H++3e-— 1/2N2+2H20N03>8H++8e" — ΝΗ4++20Η>Η20(2)阳极生成氧气H20-2e = 0 . 502+2H+(3)在靠近阳极的偏酸性区域发生化学反应NH/+NCV — 1/2N2+2H20相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果1、本专利技术采用透过性Fe-Si滤层电极催化还原中水中的微量硝酸盐氮，具有过滤 降解双重功能，处理时间短、不需外带氢源供氢、不需添加其它化学试剂，操作方便，易于反 冲和自动化控制，处理效率高。2、本专利技术所提供的脉冲电源可以提高电化学催化降解效率，降低能耗。3、本专利技术所涉及的装置可以几组单元串接使用，结构简单、构造优化、使用方便， 可实现工业化。说明书附图附图1电化学深度净水装置示意图(内径为100mm)I-Ti-Ir 阳极或者 Ti-Ru 阳极；2-Fe-Si 滤层电极；3-Ti-Ir支撑电极或者Ti-Ru支撑电极；4-直流电源或脉冲电源；附图2脉冲电源典型输出电压示意图具体实施例方式以下以实施例详细说明本专利技术，但本专利技术的用途并非仅限定于这些实施例。在以下实施例中，通过测定水中硝酸盐在处理前后的浓度变化及产物分布确定 Fe-Si滤层电极在电化学水质净化装置中的去除效果。其中，NO3-浓度采用紫外分光光度法 测定，NH4+浓度采用纳氏试剂法测定，NO2-浓度采用N-(1-萘基)乙二胺光度法测定，所用 仪器为日本岛津UV2550紫外分光光度计。NO3-, NH4+, NO2.浓度均以N元素计。实施例1-4在Ti-Ir支撑电极上面填充一定厚度的Fe-Si滤层材料，阳极为网状Ti-Ir电极， 距Fe-Si滤层材料上层3cm，把初始浓度为40. 4mg/L的硝酸盐溶液以20ml/min流量自上而 下循环通过电解装置，以lOmA/cm2的电流密度电解去除N03_，2h后降解效果如下表所示。权利要求1.一种去除水体中微量硝酸盐的方法，其特征在于以Fe-Si滤层电极为阴极、以直流 电源或脉冲电源为供电方式，在阴阳两端施加电流密度范围在1 50mA/cm2的直流电或 者交流电，将含微量硝酸盐的溶液自上而下或者自下而上流过电化学净水装置进行还原降解。2.如权利要求1所述的去除水体中微量硝酸盐的方法，其中Fe-Si滤层电极由铁硅 合金粉体和作为支撑集流体的网状电极所组成；铁硅合金粉体的化学组成为Fe 35 90wt%, Si 8 60wt%，C 0. 5 5wt%，粒径为0. 1 8mm，最佳为0. 5 4mm ；网状电极 为金属钛、Ti-Ir或Ti-Ru等任意一种材料制成的极板或者网状电极。3.如权利要求1所述的去除水体中微量硝酸盐的方法，其中该方法适合处理的水中含 硝酸盐氮浓度范围在2 50mg/L ；水体流速范围在5 lOOml/min。4.如权利要求1所述的去除水体中微量硝酸盐的方法，其中脉冲电源周期设计10 30秒可调，其中高压短时段为0. 1 1.0秒可调；低压-0.5 1.0V可调，高压O 10. OV 可调；最大冲击电流10A。全文摘要本专利技术提供了一种可快速去除水体中的微量硝酸盐的电解技术，特别是利用Fe-Si滤层电极和脉冲电源将本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种去除水体中微量硝酸盐的方法，其特征在于以Ｆｅ－Ｓｉ滤层电极为阴极、以直流电源或脉冲电源为供电方式，在阴阳两端施加电流密度范围在１～５０ｍＡ／ｃｍ２的直流电或者交流电，将含微量硝酸盐的溶液自上而下或者自下而上流过电化学净水装置进行还原降解。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：万平玉，李敏，刘操，孙艳芝，陈咏梅，朱静，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11
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