CN205472808U - 一种协同降解含氮废水的电化学反应器 - Google Patents

一种协同降解含氮废水的电化学反应器 Download PDF

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杨胜翔
王良杰
王立章
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Abstract

本实用新型涉及一种协同降解含氮废水的电化学反应器，其包括用于还原硝酸根废水的阴极区，用于产生活性氧化物的阳极区，用于区分阴阳极的离子交换膜以及反应器壳体。其中，用于还原硝酸根废水的阴极区包括负载铜锌涂层的钛基阴极板，阴极进水管，阴极布水板，阴极出水管；用于产生活性氧化物的阳极区包括负载钌铱氧化活性层的形稳阳极(DSA)，阳极进水管，阳极布水板，阳极出水管。该协同降解含氮废水的电化学反应器组装快捷，操作简单；采用新型负载铜锌涂层的钛基阴极板，大大提高了硝酸根的降解活性；利用阴阳极协同降解特性，可实现含氮废水的高效无害化处理。

Description

一种协同降解含氮废水的电化学反应器
技术领域
本实用新型涉及废水处理领域，尤其是涉及一种协同降解含氮废水的电化学反应器。
背景技术
目前由于水体中的氨氮和硝态氮不仅对水生生态系统有潜在危害(造成水体富营养化和鱼类的血氨中毒)而且还会威胁人类的健康(引发婴儿高血红蛋白症或蓝婴并发症以及诱发成年人患相关癌病)，含氮废水的处理已经被视为全球面临的环境问题。
水体中含氮废水的处理方法主要有生物法和物化法两大类。生物法虽然具有较低脱氮成本的优势，但仍然存在需要持续监测，低反应效率以及副产物较多的缺陷。然而对于水体脱氮物化法及其工艺,有膜滤法、离子交换、电化学脱氮等,其中电化学脱氮,由于其脱氮效率快,脱氮效果好,没有二次污染，因而得到了较多研究者的关注。然而,电化学脱氮方法能耗大,成本高的缺陷却制约了其在废水处理中的发展以及实际应用的可能性,为了降低其能耗,研究者开始改进电化学脱氮技术。因此，需要研究一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
针对现有处理含氮有机废水所采用的电化学脱氮技术存在成本高,脱氮效果不理想的问题,本实用新型提供一种能协同降解含氮废水的电化学反应器。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：其特征在于：包括用于还原硝酸根废水的阴极区，用于产生活性氧化物的阳极区，用于区分阴阳极的离子交换膜以及反应器壳体，其中，用于还原硝酸根废水的阴极区包括负载铜锌涂层的钛基阴极板，阴极进水管，阴极布水板，阴极出水管；用于产生活性氧化物的阳极区包括负载钌铱氧化活性层的DSA阳极板，阳极进水管，阳极布水板，阳极出水管。
钛基阴极板负载的铜锌涂层，其组成质量比为Cu:Zn＝5:1；DSA阳极板 为Ti/RuO2-IrO2电极。所述阴阳极极板均设有伸出反应器上端的正负极导电金属片并预留有外接导线的穿孔。
阴极室与阳极室内均不设填料，区分阴极室和阳极室的离子交换膜为只允许阳离子自由通过的阳离子交换膜。阴极室容积与阳极室容积比大于2:1。
含氮废水由阴极进水管流入阴极室，经过布水板阴极反应区，硝酸根在阴极被还原为氮气溢出到空气中，少量氨氮等副产物经过离子交换膜扩散到阳极室，利用阳极室内的次氯酸根等活性氧化物将其氧化为氮气，实现阴阳极的协同作用。
本实用新型的有益效果为：(1)利用离子交换膜对阴阳极室进行隔离，阴、阳极室分别设有独立的进出水系统，减弱了阴阳极之间相互干扰，提高了阴极区还原硝酸根的能力，也利于阳极区活性氧化物的生成，提高了阴阳极的协同效率。(2)反应器中负载铜锌涂层的钛基阴极板，对硝酸根的降解活性高，负载钌铱氧化活性层的DSA阳极板，利于催生活性氧化物，可显著提高反应器对目标污染物的降解效率。(3)阴极室与阳极室内均不设填料，避免了填料破碎，堵塞等问题的发生。(4)反应器结构简单，操作方便，便于推广应用。
附图说明
图1为结构分解示意图。
图2为反应单元示意图。
图中：1.阴极室，2.阳极室，3.离子交换膜，4.负载铜锌涂层的钛基阴极板，5.负载钌铱氧化活性层的DSA阳极板，6.反应器壳体，11.阴极出水管，12.阴极进水管，13.阴极布水板，21.阳极出水管，22.阳极布水板，23.阳极出水管。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。反之，这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
实例：如图1所示，一种协同降解含氮废水的电化学反应器，其特征在于：包括阴极区1，阳极区2，用于区分阴阳极的离子交换膜3以及反应器壳体6。其中，阴极区用于还原硝酸根废水，其包括负载铜锌涂层的钛基阴极板4，阴极进水管12，阴极布水板13，阴极出水管11；阳极区用于产生活性氧化物，其包括负载钌铱氧化活性层的DSA阳极板5，阳极进水管22，阳极布水板23，阳极出水管21。
如图2，大致含氮废水处理过程如下：配置NaCl溶液，利用蠕动泵将NaCl溶液从阳极进水管22流入阳极室2，再从阳极出水管21流回NaCl溶液池，在接通电流的情况下，负载钌铱氧化活性层的DSA阳极板5将Cl-氧化为Cl2，Cl2进一步水解为具有高氧化活性的ClO-，从而使阳极区形成一个能迅速氧化氨氮的氧化分解槽；将含氮废水利用蠕动泵从阴极进水管12流入，含氮废水中NO3 -以及NO2 -在负载铜锌涂层的钛基阴极板4的作用下被还原为N2,同时会有伴生副产物NH4 +的生成；含氮废水中的NH4 +在浓度扩散作用下，穿过阳离子交换膜3到达阳极室1，迅速被阳极室1内活性氧化物氧化分解为N2。在阴阳极的协同作用下，水体中的NO3 -，NO2 -以及NH4 +均以氮气的形式从水体中溢出，从而实现阴阳极的协同降解作用。

Claims (5)

1.一种协同降解含氮废水的电化学反应器，其特征在于：包括用于还原硝酸根废水的阴极区，用于产生活性氧化物的阳极区，用于区分阴阳极的离子交换膜以及反应器壳体，其中，用于还原硝酸根废水的阴极区包括负载铜锌涂层的钛基阴极板，阴极进水管，阴极布水板，阴极出水管；用于产生活性氧化物的阳极区包括负载钌铱氧化活性层的DSA阳极板，阳极进水管，阳极布水板，阳极出水管。
2.根据权利要求1所述的一种协同降解含氮废水的电化学反应器，其特征在于：钛基阴极板负载的铜锌涂层，其组成质量比为Cu:Zn＝5:1；DSA阳极板为Ti/RuO2-IrO2电极。
3.根据权利要求1所述的一种协同降解含氮废水的电化学反应器，其特征在于：所述阴阳极极板均设有伸出反应器上端的正负极导电金属片并预留有外接导线的穿孔。
4.根据权利要求1所述的一种协同降解含氮废水的电化学反应器，其特征在于：阴极室与阳极室内均不设填料，区分阴极室和阳极室的离子交换膜为只允许阳离子自由通过的阳离子交换膜。
5.根据权利要求1所述的一种协同降解含氮废水的电化学反应器，其特征在于：阴极室容积与阳极室容积比大于2:1。
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