CN107662965A - 一种去除氨碱废水中氨氮的电解装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种去除氨碱废水中氨氮的电解装置，包括电解槽、阳极板、阴极板、阳极固定装置和阴极固定装置，电解槽内设有至少3组依次排列的电极插槽，相邻的电极插槽之间设有将电解液的流动方向限制为S形的挡板，电极插槽包括平行设置的阳极插槽和阴极插槽，阳极插槽内设有阳极板，阴极插槽内设有阴极板，阴极板与阴极固定装置连接，阳极板与阳极固定装置连接。本发明还公开了一种去除氨碱废水中氨氮的方法，该方法采用上述电解装置处理氨碱废水。采用本发明的电解装置处理氨碱废水，效果稳定，不会产生二次污染，处理效率高，结构简单，操作简易，成本节约，经过本申请的电解装置处理后的氨氮废水中氨氮可降低到10mg/L以下。

Description

一种去除氨碱废水中氨氮的电解装置和方法

技术领域

本发明涉及电解技术领域，尤其是一种去除氨碱废水中氨氮的电解装置和方法。

背景技术

氨碱法制造纯碱生产过程中产生蒸氨废液及杂水，经预处理后获得清废液。清废液主要成分为CaCl₂、NaCl及NH₃-N等，水温约为70-75℃，排放量约为800-1000m³/h，氨氮含量约为40-80mg/L，NaCl含量约为55g/L，CaCl₂含量约为120g/L，属于典型的超高盐度、低氨氮废水。清废液中氨氮主要是以游离氨(NH₃)和铵离子(NH₄ ⁺)形式存在于水中的氮。氨氮是导致水体富营养化的主要因素，会引起水体中的藻类及微生物大量繁殖，使水体中的溶解氧急剧下降，导致鱼类及其他水生生物缺氧死亡，对水质造成严重影响。另外，氨氮在水体中经过硝化作用会产生亚硝酸盐和硝酸盐，长期饮用这类水会诱发高铁血红蛋白症；当水中的亚硝酸盐氮含量过高时，能够与蛋白质结合形成一种强致癌物质——亚硝胺，对人体造成严重危害。过量的氨氮对废水的处理及回用造成了严重影响，寻求经济高效的去除氨氮方法对人类生活及生产具有重大意义。

目前，常用的氨氮脱除方法主要有生物法、吹脱法、化学沉淀法、折点氯化法、膜分离法、离子交换法、氧化法等。氨氮脱除新工艺技术，微波-活性炭法和机械蒸汽再压缩(MVR)法。

由于清废液中含盐量高，蒸氨废液不适合采用生物法处理；化学氧化法可以分为折点氯化、电化学氧化等，具有处理处理效率高的优点，但部分氧化剂价格高昂且存在余氯二次污染的问题；化学沉淀法主要理由磷酸根、镁离子及铵离子反应生成磷酸铵镁沉淀的原理实现氨氮的去除，具有处理效率高、沉淀物可资源化利用的优点，但该工艺存在处理不彻底、钙离子干扰及磷酸根二次污染等问题；物理法主要包括吹脱法、膜分离法、离子交换法等虽然效果较好，但工艺操作复杂，吸附剂再生频繁，处理成本偏高，且存在吹脱气的二次污染问题。而氨氮处理新技术，工艺技术不够成熟，工艺条件还需进一步研究。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种可简化工艺、降低成本和能源消耗的二水石膏结晶装置。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种去除氨碱废水中氨氮的电解装置，包括电解槽、阳极板、阴极板、阳极固定装置和阴极固定装置，所述电解槽内设有至少3组依次排列的电极插槽，相邻的所述电极插槽之间设有将电解液的流动方向限制为S形的挡板，所述电极插槽包括平行设置的阳极插槽和阴极插槽，所述阳极插槽内设有阳极板，所述阴极插槽内设有阴极板，所述阴极板与所述阴极固定装置连接，所述阳极板与所述阳极固定装置连接。由此，电解液的流动方向呈S形，以及多组电极可以提高氨碱废水的电解效率。

优选地，所述阳极固定装置包括阳极吊耳、2个母排、2个母排座和母排支架，所述母排与所述阳极吊耳连接，所述母排座上设有母排，所述母排座与所述母排支架固定连接，所述母排支架与所述电解槽的侧壁固定连接。由此，2组母排和母排座上下平行设置可以保证阳极稳定地固定在母排支架。

优选地，所述母排和所述母排座之间设有绝缘板，所述母排、母排座和绝缘板中间设有通孔，所述通孔上设有绝缘套，所述母排和母排座之间通过螺栓固定连接，所述螺栓穿过所述绝缘套。由此，绝缘板和绝缘套可以保证母排和母排座之间绝缘。

优选地，所述阳极固定装置与所述阴极固定装置的结构相同。应当说明的是，阳极固定装置与阴极固定装置的结构可以是相同的，也可以不同，只要阳极固定装置与阴极固定装置能将阳极和阴极固定在电解槽中即可；优选地，阳极固定装置与阴极固定装置还可以保证母排和母排座之间绝缘。

优选地，所述电解槽内设有24组电极插槽。应当说明的是，电极插槽数量可以根据电解的效率需要进行调整，可以是3组、4、5组、8组、11组、15组、19组、22组等。

优选地，所述挡板与所述电解槽的侧壁固定连接，相邻的所述挡板的顶端高度不同，间隔的所述挡板的顶端高度一致。由此，可以增加电解液的流动距离，进而延长电解的时间，提高电解效率。

优选地，所述电解装置还包括液泵，所述液泵的进液口与所述依次排列的电极插槽后端的电解液连通，所述液泵的出液口设于所述依次排列的电极插槽的前端。由此，可以将部分电解液循环电解，使得氨碱废水中氨氮浓度更低。

优选地，所述母排为铜板。由此，可以减少导线内阻，同时，降低导线发热量。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种去除氨碱废水中氨氮的方法，所述方法包括如下步骤：采用上述电解装置处理氨碱废水。由此，将氨碱废水和含有氯的药剂一起加入电解槽中，可以使得氨碱废水中氨氮浓度降低到10mg/L以下。

优选地，所述电解装置的电压为6V，电流为4.5KA。本申请的发明人经多次试验发现，当电解装置的电压为6V，电流为4.5KA时，电解装置除氨碱废水中氨氮的效果最佳。

综上所述，本发明的有益效果为：

本发明的电解装置去除氨氮效果稳定，不会产生二次污染，处理效率高，结构简单，操作简易，成本节约，经过本申请的电解装置处理后的氨氮废水中氨氮可降低到10mg/L以下。

附图说明

图1为本发明的去除氨碱废水中氨氮的电解装置的结构示意图；

图2为阳极固定装置的剖视图；

图3为阴极固定装置的剖视图；

图4为电解槽的俯视图；

图5为本发明的去除氨碱废水中氨氮的方法的原理示意图；

其中，1、电解槽，2、挡板，3、阳极插槽，4、阴极插槽，5、阳极板，6、阴极板，7、阳极吊耳，8、阴极吊耳，9、母排支架，10、母排，11、绝缘板，12、母排座，13通孔，14、流量调节计，15、氨氮在线自动分析仪，16、中心管，17、反应澄清桶。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本发明中去除氨碱废水中氨氮的电解装置的一种实施例，如图1～4所示，包括电解槽1、阳极板5、阴极板6、阳极固定装置和阴极固定装置，电解槽内设有24组依次排列的电极插槽，相邻的电极插槽之间设有将电解液的流动方向限制为S形的挡板2，电极插槽包括平行设置的阳极插槽3和阴极插槽4，阳极插槽3内设有阳极板5，阴极插槽4内设有阴极板6，阴极板6与阴极固定装置连接，阳极板5与阳极固定装置连接；阳极固定装置与阴极固定装置的结构相同；挡板2与电解槽的侧壁固定连接，相邻的挡板2的顶端高度不同，间隔的挡板2的顶端高度一致；

阳极固定装置包括阳极吊耳7、2个母排10、2个母排座12和母排支架9，母排10与阳极吊耳7连接，母排座12上设有母排10，母排座12与母排支架9固定连接，母排支架9与电解槽的侧壁固定连接；母排采用铜板制成；母排10和母排座12之间设有绝缘板11，母排10、母排座12和绝缘板11中间设有通孔13，通孔13上设有绝缘套(图中未示出)，母排10和母排座12之间通过螺栓(图中未示出)固定连接，螺栓穿过绝缘套；

电解装置还包括液泵(图中未示出)，液泵的进液口与依次排列的电极插槽后端的电解液连通，液泵的出液口设于依次排列的电极插槽的前端。

实施例2

本发明中去除氨碱废水中氨氮的方法的一种实施例，包括如下步骤：采用实施例1的电解装置处理氨碱废水。

具体的，如图5所示，将氨碱废液和含有氯的药剂一起加入中心管16中混合，发生化学反应，之后进入反应澄清桶17中进行电解反应，废液中的泥沙及悬浮物在反应澄清桶17中自然沉降，从反应澄清桶17(即实施例1的电解槽)上部溢流排放的清液氨氮含量小于10mg/L；氨碱废液先经过氨氮在线自动分析仪15检测后加入中心管16，含氯药剂先经过流量调节计14后加入中心管。其中涉及的原理和反应方程式如下：

由于氨碱废水中存在氯离子，电解除氨氮发生的反应接近于折点氯化法除氨氮的反应过程；废水中的氯离子先发生阳极反应生成活性氯(Cl₂、HOCl、ClO-等)，然后，氧化性很强的活性氯再与氨氮反应，从而达到去除氨氮的目的；

本发明中的电解原理涉及折点氯化法，即将氯气通入氨氮废水中，利用次氯酸将氨氮转化为氮气排放，从而去除氨氮。在通氯过程中，水体中氨氮的浓度随着氯气通入量增加而降低，将氨氮浓度降为0的一点称为折点，此时水体中的游离氯离子的含量也最低。电解原理相应的反应方程式如下：

Cl₂+2NaOH→NaCl+NaClO+H₂O；

2NH₄ ⁺+3HClO→N₂+3H₂O+3Cl^-。

实施例3本发明的去除氨碱废水中氨氮的方法的效果测试

测试对象：实施例2的去除氨碱废水中氨氮的方法；

测试方法：采用实施例1的电解装置处理氨碱废水；其中，氨碱废液中N-NH₃含量为30-60mg/l的，pH值10～10.5，流量(Q)350～600m³/h；药剂含有效氯9％(质量百分比)，以100ml含N-NH₃ 100mg/l的氨碱废液加药0.8ml药剂为基准进行自动调节，即药剂加入量(m³/h):q＝m/100×0.8×10×Q/1000；

测试结果：如下表1和2所示；

表1采用电解装置(第一天)处理氨碱废水的结果

注：表1中，原样为初始氨碱废液，电解循环液为由液泵抽出的电解液，氨碱清/废液的进/出流量为15m³/h。

表2采用电解装置(第四天)处理氨碱废水的结果

注：表2中，原样为初始氨碱废液，电解循环液为由液泵抽出的电解液，氨碱清/废液的进/出流量为15m³/h。

结果分析：经上述多次试验，从表1和表2可以推知，采用实施例1的电解装置处理氨碱废水可以使得氨碱废水中氨氮浓度降低到10mg/L以下；当电解装置的电压为6V，电流为4.5KA时，电解装置除氨碱废水中氨氮的效果最佳。本发明的电解装置处理氨碱废水的能力为15-25m³/h。

本发明中的电解装置利用了氨碱废水中存在氯离子的特点，能解决现有氨氮废水出路成本高的问题，经该装置处理的氨碱废水中氨氮完全能达到10mg/l以下，去除氨氮的效果稳定，效率高，设备简单，操作简便。

本发明中的电解装置利用含盐废液作为电解质，直接电解生成氯气以去除废液中的氨氮；电化学氧化法(电解法)利用电能使游离氨转化为氮气排放，废液成分可以影响电化学氧化法的某些因素，其中主要为电源电压和电流；本发明的去除氨碱废水中氨氮的工艺简单，易操作控制，氨氮脱除效率高，处理后的电解液中氨氮含量≤10mg/l；本发明的电解装置可以采用0-15V的电压可调，电流可在0-30000A之间调节，其中，当电解装置的电压为6V，电流为4.5KA时，电解装置除氨碱废水中氨氮的效果最佳；本发明中的电解槽可以采用经过绝缘处理的普通碳钢制成；电解槽内可以设置24组或更多组电极插槽，用于放置电极板进行电解；本发明中的电极板均可选用钛(Ti)板(即钛阳极和钛阴极)。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种去除氨碱废水中氨氮的电解装置，其特征在于，包括电解槽、阳极板、阴极板、阳极固定装置和阴极固定装置，所述电解槽内设有至少3组依次排列的电极插槽，相邻的所述电极插槽之间设有将电解液的流动方向限制为S形的挡板，所述电极插槽包括平行设置的阳极插槽和阴极插槽，所述阳极插槽内设有阳极板，所述阴极插槽内设有阴极板，所述阴极板与所述阴极固定装置连接，所述阳极板与所述阳极固定装置连接。

2.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述阳极固定装置包括阳极吊耳、2个母排、2个母排座和母排支架，所述母排与所述阳极吊耳连接，所述母排座上设有母排，所述母排座与所述母排支架固定连接，所述母排支架与所述电解槽的侧壁固定连接。

3.根据权利要求2所述的电解装置，其特征在于，所述母排和所述母排座之间设有绝缘板，所述母排、母排座和绝缘板中间设有通孔，所述通孔上设有绝缘套，所述母排和母排座之间通过螺栓固定连接，所述螺栓穿过所述绝缘套。

4.根据权利要求1～3任一所述的电解装置，其特征在于，所述阳极固定装置与所述阴极固定装置的结构相同。

5.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述电解槽内设有24组电极插槽。

6.根据权利要求1或5所述的电解装置，其特征在于，所述挡板与所述电解槽的侧壁固定连接，相邻的所述挡板的顶端高度不同，间隔的所述挡板的顶端高度一致。

7.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述电解装置还包括液泵，所述液泵的进液口与所述依次排列的电极插槽后端的电解液连通，所述液泵的出液口设于所述依次排列的电极插槽的前端。

8.根据权利要求2或3所述的电解装置，其特征在于，所述母排为铜板。

9.一种去除氨碱废水中氨氮的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：采用如权利要求1～8任一项所述的电解装置处理氨碱废水。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电解装置的电压为6V，电流为4.5KA。