申请日 20200921
公开（公告）日 20201204
IPC分类号 C02F1/461; C02F1/76; C02F1/78; C02F1/72; C02F101/16; C02F101/30
摘要
本发明是关于一种电化学同步除碳脱氨氮的装置及方法，该装置包括壳体，所述壳体内连接有多数个极组；所述极组包括依次间隔设置的阴极、第一阳离子交换膜、阳极及第二阳离子交换膜；所述阴极与第一阳离子交换膜之间的空间形成阴极室，所述第一阳离子交换膜与阳极之间的空间形成第一阳极室，所述阳极及第二阳离子交换膜之间的空间形成第二阳极室；所述第一阳极室上设有阳极室进水总管，所述阳极室进水总管上设有氯化钠投加管。所述方法包括以下步骤：将含有机物及氨氮的废水与NaCl溶液混合均匀，进行电化学氧化处理。本发明的电化学同步除碳脱氨氮的装置及方法，具有CODCr降解率高、可以同步去除氨氮及无二次污染的优点。
权利要求书
1.一种电化学同步除碳脱氨氮的装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体内连接有多数个极组；所述极组包括依次间隔设置的阴极、第一阳离子交换膜、阳极及第二阳离子交换膜；所述阴极与第一阳离子交换膜之间的空间形成阴极室，所述第一阳离子交换膜与阳极之间的空间形成第一阳极室，所述阳极及第二阳离子交换膜之间的空间形成第二阳极室；所述第一阳极室上设有阳极室进水总管，所述阳极室进水总管上设有氯化钠投加管。
2.如权利要求1所述的电化学同步除碳脱氨氮的装置，其特征在于，所述第一阳极室和所述第二阳极室上分别开设有阳极室出水口和阳极室进水分口，所述阳极室出水口和阳极室进水分口通过阳极室串联连接管连接。
3.如权利要求1所述的电化学同步除碳脱氨氮的装置，其特征在于，所述第一阳极室上还开设有阳极室进水总口，所述阳极室进水总口上连接有阳极室进水总管；所述第二阳极室上还开设有阳极室出水总口，所述阳极室出水总口连接有阳极室出水总管；每个所述阴极室上分别开设有阴极室进水口和阴极室出水口，所述阴极室进水口上连接有阴极室进水支管，多个阴极室进水支管分别与阴极室进水总管连接；所述阴极室出水口上连接有阴极室出水支管，多个阴极室出水支管分别与阴极室出水总管连接。
4.如权利要求1所述的电化学同步除碳脱氨氮的装置，其特征在于，每个阳极室的进水口和出水口分别设置于壳体的两侧；所述阴极和阳极选自网状电极、片状电极和板状电极中的一种。
5.如权利要求4所述的电化学同步除碳脱氨氮的装置，其特征在于，所述阴极选自304不锈钢、316L不锈钢和纯钛中的一种；所述阳极选自钛基钌系电极、钛基铱系电极、钛基锡锑系电极、钛基铅系电极和BDD电极中的一种。
6.如权利要求5述的电化学同步除碳脱氨氮的装置，其特征在于，所述阴极与阳极的间距为5-50mm。
7.如权利要求1所述的电化学同步除碳脱氨氮的装置，其特征在于，所述阳离子交换膜为全氟阳离子交换膜，其厚度为0.15-0.18mm，交换容量≥1.8mmol/g，选择透过率≥95％。
8.一种电化学同步除碳脱氨氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含有机物及氨氮的废水与NaCl溶液混合均匀，之后进行电化学氧化处理。
9.如权利要求8所述的电化学同步除碳脱氨氮的方法，其特征在于，
所述NaCl在进水中的浓度为500-3000mg/L，所述进水包括含有机物及氨氮的废水与NaCl溶液。
10.如权利要求9所述的电化学同步除碳脱氨氮的方法，其特征在于，所述电化学氧化处理的参数设置如下：电流密度为10-30mA/cm2之间，停留时间10-30min；所述进水的CODCr为30-400mg/L。
说明书
一种电化学同步除碳脱氨氮的装置及方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，涉及电化学处理方法及装置，特别涉及一种电化学同步除碳脱氨氮的装置及方法。
背景技术
电化学氧化法是利用阳极直接氧化作用和电极表面产生的强氧化性物质的间接氧化作用。阳极直接氧化是反应物在阳极失去电子被氧化，间接氧化利用电极表面产生的强氧化性物质(如过氧化氢、臭氧、羟基自由基)氧化有机物。例如溶液中氯离子氧化生成强氧化剂次氯酸。具体电极反应如下：
电化学阳极反应：
生成氧气 4OH-(aq)→O2(g)+2H2O(l)+4e-
游离氯 Clˉ(aq)–eˉ→Cl0
氯气 2Cl-(aq)→Cl2(g)+2e-
次氯酸 Cl2+H2O→HOCl+HCl
臭氧 O2(g)+2OH-(aq)–2e-→O3(g)+H2O(l)
自由基 OH-(aq)–e-→HO·(aq)
过氧化氢 2H2O(l)–2e-→H2O2(l)+2H+(aq)
氧自由基 H2O(l)–2e-→O·(aq)+2H+(aq)
电化学阳极氧化有机物反应：
有机物+HO·(aq)→CO2+H2O
电化学阳极氧化氨氮反应：
2NH3+6HO·(aq)→N2+6H2O
HOCl+NH4+→NH2Cl+H2O+H+
NHCl2+H2O→NOH+2H2+2Cl–
NHCl2+NOH→N2+HOCl+H++Cl–
电化学阴极反应：
2H2O(l)+2e-→H2(g)+2OH-(aq)
CO2(aq)+OH-(aq)→HCO3-(aq)
HCO3-(aq)+OH-(aq)→CO32-(aq)+H2O(l)
但是，现有常规的电化学处理设备及方法，只靠阳极本身产生的氧化物质降解有机物，氧化效率低，限制了其推广应用。
综上，电化学方法及装置还需要进一步的优化，以提高其氧化效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种电化学同步除碳脱氨氮的装置及方法。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种电化学同步除碳脱氨氮的装置，包括壳体，所述壳体内连接有多数个极组；所述极组包括依次间隔设置的阴极、第一阳离子交换膜、阳极及第二阳离子交换膜；所述阴极与第一阳离子交换膜之间的空间形成阴极室，所述第一阳离子交换膜与阳极之间的空间形成第一阳极室，所述阳极及第二阳离子交换膜之间的空间形成第二阳极室；所述第一阳极室上设有阳极室进水总管，所述阳极室进水总管上设有氯化钠投加管。
优选的，前述的电化学同步除碳脱氨氮的装置中，其中所述第一阳极室和所述第二阳极室上分别开设有阳极室出水口和阳极室进水分口，所述阳极室出水口和阳极室进水分口通过阳极室串联连接管连接。
优选的，前述的电化学同步除碳脱氨氮的装置中，其中所述第一阳极室上还开设有阳极室进水总口，所述阳极室进水总口上连接有阳极室进水总管。
优选的，前述的电化学同步除碳脱氨氮的装置中，其中所述第二阳极室上还开设有阳极室出水总口，所述阳极室出水总口连接有阳极室出水总管。
优选的，前述的电化学同步除碳脱氨氮的装置中，其中每个所述阴极室上分别开设有阴极室进水口和阴极室出水口，所述阴极室进水口上连接有阴极室进水支管，多个阴极室进水支管分别与阴极室进水总管连接；所述阴极室出水口上连接有阴极室出水支管，多个阴极室出水支管分别与阴极室出水总管连接。
优选的，前述的电化学同步除碳脱氨氮的装置中，其中每个阳极室的进水口和出水口分别设置于壳体的两侧。
优选的，前述的电化学同步除碳脱氨氮的装置中，其中所述阴极或阳极选自网状电极、片状电极和板状电极中的一种。
更优选的，前述的电化学同步除碳脱氨氮的装置中，其中所述阳极为网状钛钌铱电极，所述阴极为网状纯钛电极。
优选的，前述的电化学同步除碳脱氨氮的装置中，其中所述阴极选自304不锈钢、316L不锈钢和纯钛中的一种；所述阳极为钛基钌系电极、钛基铱系电极、钛基锡锑系电极、钛基铅系电极和BDD电极中的一种。
优选的，前述的电化学同步除碳脱氨氮的装置中，其中所述阴极与阳极的间距为5-50mm。
优选的，前述的电化学同步除碳脱氨氮的装置中，其中所述阳离子交换膜为全氟阳离子交换膜，其厚度为0.15-0.18mm，交换容量≥1.8mmol/g，选择透过率≥95％。
本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种电化学同步除碳脱氨氮的方法，包括以下步骤：
将含有机物及氨氮的废水与NaCl水溶液混合均匀，之后进行电化学氧化处理。
优选的，前述的电化学同步除碳脱氨氮的方法，其中所述NaCl在进水中的浓度为500-3000mg/L，所述进水包括含有机物及氨氮的废水与NaCl溶液。
优选的，前述的电化学同步除碳脱氨氮的方法，其中所述电化学氧化处理的参数设置如下：电流密度为15-25mA/cm2之间，停留时间10-15min。
优选的，前述的电化学同步除碳脱氨氮的方法，其中所述进水的CODCr为30-250mg/L。
与现有氧化技术相比，本发明所述的电化学同步除碳脱氨氮的装置及方法具有以下优点：
1、本发明通过在阳极室同步去除有机物、氨氮，CODCr降解率可以达到80％，氨氮可以完全去除；
2、本发明通过投加少量NaCl，可以使得阳极室的氧化性提高，且NaCl价格便宜且安全；
3、本发明的阳极用阳离子交换膜与阴极隔开，阳极室串联，氧化效率提高；
4、本发明设备简单、安装便利、全自动操作、不产生污泥、没有浓缩液，不会对环境造成污染。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。（发明人 许昌相；刘小冕 ）