CN202576056U

CN202576056U - 一种电化学法去除污染水中硝酸盐的装置

Info

Publication number: CN202576056U
Application number: CN 201220229585
Authority: CN
Inventors: 冯传平; 李淼
Original assignee: China University of Geosciences Beijing
Current assignee: China University of Geosciences; China University of Geosciences Beijing
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-05-22

Abstract

本实用新型公开了一种电化学法去除污染水中硝酸盐的装置，所述装置由进水管、出水管和连接于进水管和出水管之间的多组相互并联的污水处理系统构成，每组污水处理系统包括一个电解槽及和电解槽相连通的过滤罐；电解槽内设置有阴极和阳极，阴极和阳极分别通过电线和电源连接，所述阴极为Cu/Zn电极，阳极为Ti/IrO₂-Pt电极。本实用新型有效地去除生成的副产物亚硝酸盐及氨，使其完全转化为氮气，从而达到在单一的一个反应器中无害化去除硝酸盐的目的，无需其它辅助的处理装置。

Description

一种电化学法去除污染水中硝酸盐的装置

技术领域

本实用新型涉及一种电化学法去除污染水中硝酸盐的装置。

背景技术

随着经济的发展，许多国家的地下水都受到不同程度的硝酸盐污染。80年代以来，我国地下水硝酸盐污染越来越严重，对41个城市的监测数据表明当时己有1/3的城市地下水中存在硝酸盐污染问题，一些地区污染十分严重。

世界卫生组织(WHO)现行标准制定于1984年，其对饮用水中硝酸盐氮含量的指导性标准为10 mg /L，推荐标准为5 mg /L。美国的标准为10 m g/L。我国2012年7月起正式执行的新《生活饮用水卫生标准》也规定饮用水中硝酸盐氮不得超过10 mg/L。

饮用高硝酸盐含量的地下水会给人类健康造成危害，硝酸盐对人体的危害主要是由于其在人体内被还原为亚硝酸盐所引起的，这种还原作用发生在任何年龄段人体的唾液中和小于三个月婴儿的消化道中。亚硝酸盐能导致高铁血红蛋白症和诱发多种癌症，在较大剂量时还对人体血管神经和心血管系统存在不良影响。

对受硝酸盐污染的饮用水净化方法，主要有物理法、化学法、生物法和这些方法的复合集成法。物理处理法不具有对硝酸盐的还原分解作用，因此该工艺最大的缺点就是存在废液的排放问题，处理不当会造成环境的二次污染。化学处理法主要是催化还原法，反应产物很难将硝酸盐完全还原成无害的氮气，并且会产生金属离子、金属氧化物或水合金属氧化物等导致二次污染，所以对后续处理要求较高。目前的生物反硝化法由于地下水中的营养缺乏，普遍存在处理效率低、抗负荷冲击能力弱等缺点。

电化学法利用电子作为洁净的氧化还原反应参与物，直接地或间接地进行化学物质间的转换，不需要象化学过程中那样大量应用氧化剂或还原剂；但由于电化学法还原去除硝酸盐存在亚硝酸盐及氨的生成问题，迄今为止一直未得到有效的解决，限制了其实用化。

在电化学硝酸盐还原方面，已经有电化学法将硝酸盐还原成氨或其它气态氮化合物，然后再利用化学催化法把生成的氨氮氧化成无害的氮气从而达到去除硝酸盐的专利；金属改性活性炭纤维电极和用该电极去除硝酸盐的方法的专利（CN1789498A）。但是这些专利只提供了用金属改性活性炭纤维电极将硝酸盐还原的电化学方法，而未提供硝酸盐还原副产物（主要是铵盐）去除的方法。

另外，在以往的文献中已有利用电化学法氧化废水中的氨氮的研究，但存在其副产物硝酸盐去除的问题。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种电化学法去除污染水中硝酸盐的装置，它在一个电化学反应槽内有效地去除生成的副产物亚硝酸盐及氨，使其完全转化为氮气，从而达到在单一的一个反应器中无害化去除硝酸盐的目的，无需其它辅助的处理装置。

为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种电化学法去除污染水中硝酸盐的装置，所述装置由进水管、出水管和连接于进水管和出水管之间的多组相互并联的污水处理系统构成，每组污水处理系统包括一个电解槽及和电解槽相连通的过滤罐；电解槽内设置有阴极和阳极，阴极和阳极分别通过电线和电源连接，所述阴极为Cu/Zn电极，阳极为Ti/IrO₂-Pt电极。

进水管上设置有水泵，每个污水处理系统的电解槽并联于进水管，电解槽与进水管之间设置有电磁阀；每个污水处理系统的过滤罐并联于出水管，过滤罐与出水管之间设置有电磁阀；每个污水处理系统的电解槽与过滤罐之间设置有电磁阀。

所述过滤罐内填充有活性炭和沸石。

所述装置设置有自动化控制系统，每个污水处理系统均分别和自动化控制系统连接。

本实用新型硝酸盐全部去除的原理：硝酸盐在阴极得到电子被还原生成氮气、亚硝酸盐或氨。从而达到硝酸盐去除的目的。

本实用新型中完全去除硝酸盐过程中的反应式如下：

阴极附近：

NO₃ ^- + H₂O + 2e^- = NO₂ ^- + 2OH^- (1)

NO₃ ^- + 3H₂O + 5e^- = 1/2N₂ + 6OH^- (2)

NO₂ ^- + 5H₂O + 6e^- = NH₃ + 7OH^- (3)

2NO₂ ^- + 4H₂O + 6e^- = N₂ + 8OH^- (4)

2H₂O + 2e^- = H₂ + 2OH^- (副反应) (5)

因而，本实用新型的特点是：

1、本实用新型结构简单、巧妙，制作简单、操作方便，自动化程度高；所有处理在单一的装置中完成；

2、本实用新型去除硝酸盐效率比使用Ti阴极高，能够将硝酸盐全部去除且无副产物的生成；

3、本实用新型出水水质好，抗负荷变动能力强；不需沉淀装置，可节省二次处理成本。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供了一种电化学法去除污染水中硝酸盐的装置，所述装置由进水管1、出水管2和连接于进水管和出水管之间的多组相互并联的污水处理系统构成，每组污水处理系统包括一个电解槽3及和电解槽相连通的过滤罐4；电解槽内设置有阴极5和阳极6，阴极和阳极分别通过电线和电源7连接，所述阴极为Cu/Zn电极，阳极为Ti/IrO₂-Pt电极。

进水管上设置有水泵8，每个污水处理系统的电解槽并联于进水管，电解槽与进水管之间设置有电磁阀9；每个污水处理系统的过滤罐并联于出水管，过滤罐与出水管之间设置有电磁阀9；每个污水处理系统的电解槽与过滤罐之间设置有电磁阀9。

所述过滤罐内填充有活性炭和沸石10。

所述装置设置有自动化控制系统11，每个污水处理系统均分别和自动化控制系统连接。

使用本实用新型电化学去除硝酸盐设备进行去除研究，电流为50A，初始硝酸盐氮浓度为40.4 mg/L，0.30 g/L NaCl和0.50 g/LNa₂SO₄。设定电解时间为180分钟，直流电流为50A，检测硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和氨氮浓度。当电解达到180分钟时，关闭电源，去除实验结束。在180分钟后硝酸盐氮浓度从40.4 mg/L降到9.3 mg/L，符合国家饮用水标准，去除率77.11%，处理出水均未检测到氨和亚硝酸盐。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims

1.一种电化学法去除污染水中硝酸盐的装置，其特征在于：所述装置由进水管、出水管和连接于进水管和出水管之间的多组相互并联的污水处理系统构成，每组污水处理系统包括一个电解槽及和电解槽相连通的过滤罐；电解槽内设置有阴极和阳极，阴极和阳极分别通过电线和电源连接，所述阴极为Cu/Zn电极，阳极为Ti/IrO₂-Pt电极。

2.如权利要求1所述的电化学法去除污染水中硝酸盐的装置，其特征在于：进水管上设置有水泵，每个污水处理系统的电解槽并联于进水管，电解槽与进水管之间设置有电磁阀；每个污水处理系统的过滤罐并联于出水管，过滤罐与出水管之间设置有电磁阀；每个污水处理系统的电解槽与过滤罐之间设置有电磁阀。

3.如权利要求1-2之任一所述的电化学法去除污染水中硝酸盐的装置，其特征在于：所述装置设置有自动化控制系统，每个污水处理系统均分别和自动化控制系统连接。