CN210313789U - 一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置 - Google Patents

Abstract

一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置，涉及水体脱氮装置。设有电解液电解机、气液分离器、脱氮池和污水电解机；所述脱氮池通过隔板分隔成氨氮氧化池和硝态氮还原池；所述电解液电解机设有进水口、电解液出口、电解质溶液贮罐、直流电源和电解槽；电解液电解机的进水口与电解质溶液贮罐连接，电解液电解机的电解液出口与气液分离器的电解液进口连接，气液分离器的出水口与污水电解机的进水口或脱氮池的氨氮氧化池进水口连接；氨氮氧化池进水口之前还设有阀门；气液分离器的氢气出口与脱氮池的氢气进气口连接；污水电解机的进水口与污水和气液分离器的出水口连接，污水电解机的出水口与脱氮池的氨氮氧化池进水口连接。

Description

一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置

技术领域

本实用新型涉及水体脱氮装置，尤其是涉及一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置。

背景技术

为了改善水环境，国务院于2015年下达了“关于印发水污染防治行动计划的通知(国发〔2015〕17号)”(以下简称“水十条”)。通知要求：“敏感区域(重点湖泊、重点水库、近岸海域汇水区域)城镇污水处理设施应于2017年底前全面达到一级A排放标准。建成区水体水质达不到地表水Ⅳ类标准的城市，新建城镇污水处理设施要执行一级A排放标准”。同时要求：“促进再生水利用。以缺水及水污染严重地区城市为重点，完善再生水利用设施，工业生产、城市绿化、道路清扫、车辆冲洗、建筑施工以及生态景观等用水，要优先使用再生水”。现有的污水处理技术，除去水体总氮，特别是硝态氮，是一个重要技术难点。目前，国内外除去硝态氮的典型方法有物理法、物理化学法和生物法等多种。物理法如反渗透法、电容吸附法和电渗析法。物理化学法如离子交换法。生物法主要是利用硝化菌和反硝化菌的作用，将氨氮硝化成硝态氮，硝态氮再还原成氮气，主要有曝气生物滤池和反硝化深床滤池。尽管除去硝态氮的方法较多，但是真正运用于生产的基本是生物法。采用生物法就必须建设反硝化深床滤池或曝气生物滤池，而且在运行时还必须不断的补充氧气和碳源。反硝化深床滤池或曝气生物滤池是容积很大的构筑物，不仅占地面积较大，投资较多，而且运行费用较高，因此，急需一种运行成本低，脱除氨氮和硝态氮效率高的装置和方法。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有氨氮气氧化和硝态氮还原脱氮装置存在的不足，提供一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置。

本实用新型设有电解液电解机、气液分离器、脱氮池和污水电解机；所述脱氮池通过隔板分隔成氨氮氧化池和硝态氮还原池；所述电解液电解机设有进水口、电解液出口、电解质溶液贮罐、直流电源和电解槽；电解液电解机的进水口与电解质溶液贮罐连接，电解液电解机的电解液出口与气液分离器的电解液进口连接，气液分离器的出水口与污水电解机的进水口或脱氮池的氨氮氧化池进水口连接；氨氮氧化池进水口之前还设有阀门；气液分离器的氢气出口与脱氮池的氢气进气口连接；污水电解机的进水口与污水和气液分离器的出水口连接，污水电解机的出水口与脱氮池的氨氮氧化池进水口连接。

所述电解液电解机的电解槽内安装有阴极板和阳极板，所述阴极板和阳极板互相交错，阴极板和阳极板由金属、具有导电性的金属氧化物、石墨或其他导电体构成；电解质溶液贮罐的电解质溶液出口与电解液电解机的进水口连接；电解液电解机的工作电压为15～1000V，工作电流为200～10000A；最佳工作电压为45～300V，最佳工作电流为1500～3000A。

电解液电解机制备电解液时，首先向电解质溶液贮罐中加入2％～10％的氯化钠溶液，打开供液泵，向电解液电解机内输送电解液，待电解液电解机出口有电解液流出时，启动污水电解机直流电源，将工作电压和工作电流调整到设定值。

电解液的制备原理是：

NaCl+H₂O→NaClO+H₂↑

所述气液分离器可为圆锥体、圆柱体、立方体或长方体的容器；容器的顶部设有气体出口，气体出口处还设有控制阀门、气压表、安全阀和气体流量表；容器的底部设有电解液体出口，电解液体出口与污水电解机的进水口连接。

所述脱氮池设有外壳和池体，在池体内设有隔离档板，所述隔离档板将池体分隔成氨氮氧化池和硝态氮还原池两个区域；含有氨氮和硝态氮的水体经进水管和第1进水布水器从脱氮池的底部进入氨氮氧化池，由下向上流动至氨氮氧化池的顶部，在距氨氮氧化池顶部500～900mm处设有出水口，用水管与硝态氮还原池的底部连通，进水管由上至下安装至硝态氮还原池的底部与第2布水器连接；进水管顶部还安装有氢气输气管并与安装于距硝态氮还原池底部450～650mm的氢气布气器连接，氢气输气管的进口与供氢装置相连；在距硝态氮还原池的顶部500～600mm处设有水体出口，出水口与排水管以法兰连接；在氨氮氧化池一侧的底部还设有电解液氧化剂进口，用于将电解液电解机生产的氧化剂送入氨氮氧化池；脱氮池的底部还设有圆锥体形的污泥收集与排污装置。

所述一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置可为圆柱体、长方体或正方体等中的一种；所述壳体可采用钢板、铝板、铜板、钛板、PVC塑料、PE塑料、玻璃钢或混凝土制作而成，从底部到顶部的高度为6000～15000mm，最佳高度为8500～12000mm。

所述供氢装置的进气口与气液分离器的氢气出口连接。

所述氨氮氧化池底部还可安装有进水布水器，进水布水器安装于氨氮氧化池的底部200～500mm处。

所述一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置还设有一个结垢清洗装置，结垢清洗装置设有清洗液贮罐、输液泵、控制阀门和管道，结垢清洗装置分别连接电解液电解机和污水电解机，用于清洗工作产生的结垢。

所述基于电解水体氨氮氧化硝态氮还原一体化脱氮方法采用所述一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置，具体步骤如下：

1)电解制备氧化剂和氢气：将含有2％～10％的氯化钠或氯化钾水溶液经过电解液电解机的进水口进入电解液电解机中，启动直流电源电解得电解液，电解的工作电压为55～500V，电流为1500～5000A，最佳工作电压为5～1000V，电流为10～10000A；

NaCl+H₂O→NaClO+H₂↑

2)氧化剂和氢气的分离：电解所得电解液进入气液分离器中分离成氢气和含有较强氧化性的次氯酸钠溶液；

3)将水体从氨氮氧化池底部的进水口经进水布水器进入氨氮氧化池底部，由下向上流动，水体中的氨氮在氨氮氧化池中与电解所得的氧化剂反应，转化成氮气和水；水体中的有机物与氧化剂次氯酸钠反应，转化成二氧化碳和水；

4)经氨氮氧化池将氨氮氧化后的水体从氨氮氧化池顶部经过水管和安装于硝态氮还原池底部的进水布水器流入硝态氮还原池的底部，由下向上流动，在硝态氮还原池水体中的硝态氮(NO₃ ^-)和亚硝态氮(NO₂ ^-)与氢气反应，转化成氮气和水。

在氨氮氧化池内，如果加入的氧化剂是次氯酸或者氧化剂制造装置是次氯酸钠发生器时，水体中氨转化氮气和盐酸，反应路线如下：

NH₃+HOCl—→NH₂Cl+H₂O(一氯胺)

NH₂Cl+HOCl—→NHCl₂+H₂O(二氯胺)

2NH₂Cl+HOCl—→N₂↑+3HCl+H₂O

在氨氮氧化池内，如果加入的氧化剂是氧气或采用电解水制氧或臭氧时，水体中的氨被氧化成亚硝态和硝态氮，反应路线如下：

2NH₄ ⁺+5O₂—→2NO₃ ^-+4H₂O

3NH₄ ⁺+5O₃—→3NO₃ ^-+6H₂O

在硝态氮氢还原池内，氢气与污水中的硝态氮或亚硝态氮反应，生成氮气和水，实现脱氮目的，反应路线如下：

NO₃ ^-+H₂—→NO₂ ^-+H₂O

2NO₂ ^-+8H₂—→N₂↑+4H₂O

与现有的反硝化脱氮装置比较，本实用新型具有以下显著优点：

1、出水水质好

本实用新型的氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置设备的其出水的总氮不仅可以达到《地表水环境质量标准》GB3838-2002Ⅳ类水质的总氮指标，而且可以Ⅲ类水质的总氮指标，水质好，可以作为再生水直接利用。

2、污水厂的已有设施不作任何拆除

采用氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置不需要改动现有污水厂现有工艺流程，现有设施和设备基本全部利用，不会造成原有投资浪费。

3、投资省

在污水厂的已有设施基础上仅增加氨氮和硝态氮一体脱氮装置设备、仅新增加投资400～600万元/万吨，与反硝化滤池对比，投资至少减少200万元/万吨，投资省25％。

4、颠覆现有脱氮技术，运行费用低

目前，国内外对污水进行深度脱氮，只有生物脱氮一种工艺，设施包括反硝化滤池、暴气生物滤池等，不仅占地面较大，投资较多，而且整个运行过程中，需要不断补充炭源(主要是甲醇或乙酸钠)，每降低1mg/L氮，仅药剂费约0.03元，运行费用高，且控制难度大。本实用新型的氨氮和硝态氮一体脱氮装置脱氮除了设备外，不需要任何设备，也不需要任何化学药剂，且每降低1mg/L氮，仅需要0.02度电，电费约0.013元，运行费用只有生物法的一半，是一种颠覆性的脱氮技术。

5、占地少

氨氮和硝态氮一体脱氮装置设备占地约为40～80m²/万吨，而生物滤池的占地约300m²/万吨，占地仅为生物法的四分之一至六分之一，占地少。

6、不用化学药剂，绿色环保

氨氮和硝态氮一体脱氮装置除了用电之外，不用任何化学药剂，绿色环保。

7、操作灵活、反应快、易于控制

目前，生物法脱氮是主流工艺。但是，生物法反应速度慢，一个调试周期少则几周，多则几个月，调控很不灵活。此外，生物法(如反硝化深床滤池)不仅要控制加药量，风量、温度等，缺点很多。采用电解脱氮，只要控制用电量，就可以控制脱氮深度，且调试时间只要几个小时就可以合格，当天可以达标，因此，开关灵活，需要就开，不需要就关。同时，可以根据需要去除污染物的多少，随时调整电流，开大开小灵活，要去除的污染物多，就开大，要去除的少，就开小，不需要就关，节省成本，反应速度快，操作简单，易于自动控制。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，所述基于电解水体氨氮氧化硝态氮还原一体化脱氮装置设有电解液电解机1、气液分离器2、脱氮池3和污水电解机4；所述脱氮池3通过隔板分隔成氨氮氧化池3-1和硝态氮还原池3-2；所述电解液电解机设有电极组1-2、电解质溶液贮罐1-4、直流电源1-5和电解槽1-6；电解液电解机1的进水口1-1与电解质溶液贮罐1-4连接，电解液电解机1的电解液出口1-3与气液分离器2的电解液进口2-1连接，气液分离器2的出水口2-2与污水电解机4的进水口4-1或脱氮池的氨氮氧化池3-1进水口3-4连接；氨氮氧化池进水口3-4之前还设有阀门3-3；气液分离器2的氢气出口2-4与脱氮池3的氢气进气口3-9连接；污水电解机4的进水口4-1与污水和气液分离器2的出水口2-2连接，污水电解机4的出水口4-3与脱氮池3的氨氮氧化池3-1进水口3-4连接。所述污水电解机4设有电极组4-2。

所述脱氮池3设有外壳和池体，在池体内设有隔离档板，所述隔离档板将池体分隔成氨氮氧化池3-1和硝态氮还原池3-2两个区域；含有氨氮和硝态氮的水体经进水管3-6和第1进水布水器3-5从脱氮池的底部进入氨氮氧化池，由下向上流动至氨氮氧化池3-1的顶部，在距氨氮氧化池3-1顶部500～900mm处设有出水口，用水管与硝态氮还原池3-2的底部连通，进水管由上至下安装至硝态氮还原池3-2的底部与第2布水器3-8连接；进水管顶部还安装有氢气输气管3-9并与安装于距硝态氮还原池3-2底部450～650mm的氢气布气器3-7连接，氢气输气管3-9的进口与供氢装置2相连；在距硝态氮还原池3-2的顶部500～600mm处设有水体出口3-10，出水口与排水管以法兰连接；在氨氮氧化池3-1一侧的底部还设有电解液氧化剂进口，用于将电解液电解机生产的氧化剂送入氨氮氧化池3-1；脱氮池的底部还设有圆锥体形的污泥收集与排污装置。在图1中，标记A为污泥出口。

所述电解液电解机1的电解槽1-6内安装有阴、阳交错的电极板；阴极板和阳极板由金属、具有导电性的金属氧化物、石墨或其他导电体构成；电解质溶液贮罐1-4的出口与电解液电解机1的进水口1-1连接；电解液电解机1的工作电压为15～1000V，工作电流为200～10000A；最佳工作电压为45～300V，最佳工作电流为1500～3000A。

所述电解液电解机1制备电解液时，首先向电解质溶液贮罐1-4中加入2％～10％的氯化钠溶液，打开供液泵，向电解液电解机1内输入电解液，待电解液电解机1出口有电解液流出时，启动电解直流电源，将工作电压和工作电流调整到设定值。

所述电解液的制备原理是：

NaCl+H₂O→NaClO+H₂↑

所述气液分离器可为圆锥体、圆柱体、立方体或长方体的容器；容器的顶部设有气体出口，出口处还设有控制阀门、气压表、安全阀和气体流量表；容器的底部设有电解液体出口，电解液体出口与污水电解机的进水口连接；出口处还设有控制阀门和流量表。

所述基于电解水体氨氮氧化硝态氮还原一体化脱氮装置可为圆柱体、长方体或正方体的一种；所述壳体可采用钢板、铝板、铜板、钛板、PVC塑料、PE塑料、玻璃钢或混凝土制作而成，从底部到顶部的高度为6000～15000mm，最佳高度为8500～12000mm。

所述供氢装置的进气口与气液分离器的氢气出口连接。

所述氨氮氧化池底部还可安装有进水布水器，进水布水器安装于氨氮氧化池的底部200～500mm处。

所述一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置还设有一个结垢清洗装置，结垢清洗装置设有清洗液贮罐、输液泵、控制阀门和管道，结垢清洗装置分别连接电解液电解机和污水电解机，用于清洗工作产生的结垢。

所述基于电解水体氨氮氧化硝态氮还原一体化脱氮方法采用所述一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置，具体步骤如下：

1)电解制备氧化剂和氢气：将含有2％～10％的氯化钠或氯化钾水溶液经过电解液电解机的进水口进入电解液电解机中，启动直流电源电解得电解液，电解的工作电压为55～500V，电流为1500～5000A，最佳工作电压为5～1000V，电流为10～10000A；

NaCl+H₂O→NaClO+H₂↑

2)氧化剂和氢气的分离：电解所得电解液进入气液分离器中分离成氢气和含有较强氧化性的次氯酸钠溶液；

3)将水体从氨氮氧化池底部的进水口经进水布水器进入氨氮氧化池底部，由下向上流动，水体中的氨氮在氨氮氧化池中与电解所得的氧化剂反应，转化成氮气和水；水体中的有机物与氧化剂次氯酸钠反应，转化成二氧化碳和水；

4)经氨氮氧化池将氨氮氧化后的水体从氨氮氧化池顶部经过水管和安装于硝态氮还原池底部的进水布水器流入硝态氮还原池的底部，由下向上流动，在硝态氮还原池水体中的硝态氮(NO₃ ^-)和亚硝态氮(NO₂ ^-)与氢气反应，转化成氮气和水。

在氨氮氧化池内，如果加入的氧化剂是次氯酸或者氧化剂制造装置是次氯酸钠发生器时，水体中氨转化氮气和盐酸，反应路线如下：

NH₃+HOCl—→NH₂Cl+H₂O(一氯胺)

NH₂Cl+HOCl—→NHCl₂+H₂O(二氯胺)

2NH₂Cl+HOCl—→N₂↑+3HCl+H₂O

在氨氮氧化池内，如果加入的氧化剂是氧气或采用电解水制氧或臭氧时，水体中的氨被氧化成亚硝态和硝态氮，反应路线如下：

2NH₄ ⁺+5O₂—→2NO₃ ^-+4H₂O

3NH₄ ⁺+5O₃—→3NO₃ ^-+6H₂O

在硝态氮氢还原池内，氢气与污水中的硝态氮或亚硝态氮反应，生成氮气和水，实现脱氮目的，反应路线如下：

NO₃ ^-+H₂—→NO₂ ^-+H₂O

2NO₂ ^-+8H₂—→N₂↑+4H₂O。

Claims (9)

1.一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置，其特征在于设有电解液电解机、气液分离器、脱氮池和污水电解机；所述脱氮池通过隔板分隔成氨氮氧化池和硝态氮还原池；所述电解液电解机设有直流电源、电解槽和电解质溶液贮罐；电解液电解机的进水口与电解质溶液贮罐连接，电解液电解机的电解液出口与气液分离器的电解液进口连接，气液分离器的出水口与污水电解机的进水口或脱氮池的氨氮氧化池进水口连接；氨氮氧化池进水口之前还设有阀门；气液分离器的氢气出口与脱氮池的氢气进气口连接；污水电解机的进水口与污水和气液分离器的出水口连接，污水电解机的出水口与脱氮池的氨氮氧化池进水口连接。

2.如权利要求1所述一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置，其特征在于所述电解液电解机的电解槽内安装有阴极板和阳极板，所述阴极板和阳极板互相交错，阴极板和阳极板由金属、具有导电性的金属氧化物或石墨导电体构成；电解质溶液贮罐的电解质溶液出口与电解液电解机的进水口连接。

3.如权利要求1所述一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置，其特征在于所述气液分离器为圆锥体、圆柱体、立方体或长方体的容器；容器的顶部设有气体出口，出口处还设有控制阀门、气压表、安全阀和气体流量表；容器的底部设有电解液体出口，电解液体出口与污水电解机的进水口连接；出口处还设有控制阀门和流量表。

4.如权利要求1所述一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置，其特征在于所述脱氮池设有外壳和池体，在池体内设有隔离档板，所述隔离档板将池体分隔成氨氮氧化池和硝态氮还原池两个区域；含有氨氮和硝态氮的水体经进水管和第1进水布水器从脱氮池的底部进入氨氮氧化池，由下向上流动至氨氮氧化池的顶部，在距氨氮氧化池顶部500～900mm处设有出水口，用水管与硝态氮还原池的底部连通，进水管由上至下安装至硝态氮还原池的底部与第2布水器连接；进水管顶部还安装有氢气输气管并与安装于距硝态氮还原池底部450～650mm的氢气布气器连接，氢气输气管的进口与供氢装置相连；在距硝态氮还原池的顶部500～600mm处设有水体出口，出水口与排水管以法兰连接；在氨氮氧化池一侧的底部还设有电解液氧化剂进口，用于将电解液电解机生产的氧化剂送入氨氮氧化池；脱氮池的底部还设有圆锥体形的污泥收集与排污装置。

5.如权利要求1所述一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置，其特征在于为圆柱体、长方体或正方体中的一种。

6.如权利要求4所述一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置，其特征在于所述外壳从底部到顶部的高度为6000～15000mm。

7.如权利要求6所述一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置，其特征在于所述外壳从底部到顶部的高度为8500～12000mm。

8.如权利要求4所述一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置，其特征在于所述供氢装置的进气口与气液分离器的氢气出口连接。

9.如权利要求1所述一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置，其特征在于所述氨氮氧化池底部还安装有进水布水器，进水布水器安装于氨氮氧化池的底部200～500mm处；

所述一种基于电解水体氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置还设有一个结垢清洗装置，结垢清洗装置设有清洗液贮罐、输液泵、控制阀门和管道，结垢清洗装置分别连接电解液电解机和污水电解机。

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