一种污水的离子催化电解脱氮系统及其方法

技术领域

本发明涉及催化电解脱氮装置及其方法，尤其是涉及一种污水(废水)的离子催化脱氮系统及其方法。

背景技术

污水(废水)是指受到有机物、氨氮、硝态氮及有机氮、磷、微生物、病毒等污染的水体，其中，氨氮和总氮是污水的重要污染物成份，就当前的污水处理技术而言，COD

发明内容

本发明的目的在于克服现有污水脱氮技术存在的处理工艺复杂、化学药剂消耗量大、成本高、处理后排放不达标等缺陷，形成一种污水的离子催化电解脱氮系统及其方法。

本发明提供了一种污水的离子催化电解脱氮系统，包括离子催化电解脱氮装置，该离子催化电解脱氮装置包括：电解机、直流电源、脱气罐、氯离子催化剂投加装置、电极清洗装置和还原装置；所述电解机的进水口与所述经过物化处理后的出水口相连，所述电解机的出水口与所述脱气罐的进水口相连，所述脱气罐的出水口与还原装置的进水口相连；所述脱气罐还设置有循环口，它设置在距脱气罐的出水口1～1.5米的下方，循环口通过管道和循环泵与电解机的进水管联接，用于水体的循环电解脱氮；所述脱气罐和还原装置的底部还设有排污口，排污口与混凝沉淀装置的进水管联接。较佳的，该污水的离子催化电解脱氮系统还包括有脱硬度装置和混凝沉淀装置，该混凝沉淀装置设置于离子催化电解脱氮装置之前，以除去水体中的颗粒固形物(SS)，预防电解机的堵塞；该脱硬度装置则设置于混凝沉淀装置和离子催化电解脱氮装置之间，其能够用于去除水体的钙镁离子，防止电极结垢。

本发明与现有技术比较，具有以下明显优势：

1、城镇污水经过离子催化电解脱氮处理后的出水的氨氮和总氮均≤1.5mg/L，使出水的氨氮和总氮指标均达到《地表水环境质量标准》(GB3828－2002)标准中Ⅳ类水的对应指标，彻底消除氮对水体的污染。

2、黑臭水体经过离子催化电解脱氮处理后的出水的氨氮和总氮均≤1.5mg/L，使出水的氨氮和总氮指标均达到《地表水环境质量标准》(GB3828－2002)标准中Ⅳ类水的对应指标，彻底消除氮对水体的污染。

3、垃圾渗沥经过离子催化电解脱氮处理后出水全部达到《生活垃圾填埋场污染物控制标准》(GB16889-2008)表2的指标要求，没有浓缩液，解决了现有垃圾渗滤液处理技术的35～40％膜浓缩液的处理难题；

4、采用电解脱氮技术，解决了现有城镇污水、垃圾渗沥液及其他污水处理技术冬季低温，硝化细菌活性差，出水的氨氮超标难题；

5、解决了如垃圾渗滤液、养殖废水、煤化工废水等高氨氮废水难于硝化的难题，通过离子催化电解，提高了其可生化性，为后续生化创造了条件；

6、解决了如稀土采矿废水等高氨氮无机废水的脱氨氮难题；

7、在同一个电解机里将离子催化的阳极将废水中的氨氮还原成氮气，在阴极同步将硝态氮用电解产生的新生态氢氧化成氮气，与生化法需要的先硝化后反硝化的两个反应装置比较，不仅设备简单，投资少，而且运行费用更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明的污水的离子催化电解脱氮装置的结构示意图。

图2是本发明的混凝沉淀装置的结构示意图。

图3是本发明的脱硬度装置的结构示意图。

图4是本发明的污泥处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，一种污水的离子催化电解脱氮系统(100)，包括离子催化电解脱氮装置，该离子催化电解脱氮装置(100)由电解机(110)、直流电源(120)、脱气罐(130)和还原装置(150)构成；所述电解机(110)的进水口与所述污水池的出水口相连，所述电解机(110)的出水口与所述脱气罐(130)的进水口相连，所述脱气罐(130)的出水口与还原装置(150)的进水口相连，所述还原装置(150)的出水口与排水管连接；所述脱气罐(130)还设置有循环口(171)，它设置在距脱气池出水口1～1.5米的下方，循环口(171)通过管道和循环泵(170)与电解机(110)的进水管联接，用于电解垃圾渗沥液的循环电解；所述脱气罐(130)和还原装置(150)的底部还设有排污口(134)，排污口(134)与混凝沉淀装置(200)的进水管联接；

所述离子催化电解脱氮装置(100)还包括一个氯离子催化剂投加装置(140)，所述氯离子催化剂投加装置由氯离子溶液贮罐(141)和输送泵(142)构成，所述氯离子溶液采用10～25％氯化钠溶液或者10～12％的次氯酸溶液或其他能提供氯离子的氯化物溶液。

所述离子催化电解脱氮装置(100)还包括电极清洗装置(160)，所述电极清洗装置(160)由酸洗溶液贮罐(161)和酸洗溶液输送泵(162)构成，所述酸洗溶液采用2％～3％盐酸溶液或者4％～5％的柠檬酸溶液。

所述电解机(110)的电解槽是管式电解槽或箱式电解槽的一种。

所述管式电解槽内安装至少一个电极组，最多八个电极组，每个电极组至少由一个惰性阳极和一个阴极构成，相邻的阳极和阴极间的间距为2～15毫米，电极组之间以串联方式连接。

所述箱式电解槽内安装至少一个电极组，最多十个电极组，每个电极组至少由一个惰性阳极和一个阴极构成，相邻的阳极和阴极间的间距为2～15毫米，电极组之间以并联或串连方式连接。

所述用于垃圾渗滤液、养殖废水、煤化工废水、稀土废水的高氨氮脱除时，相邻的阳极和阴极间的最佳的间距为2～6毫米。

所述用于城镇污水、黑臭水体的高氨氮脱除时，相邻的阳极和阴极间的最佳的间距为4～8毫米。

所述离子催化电解脱氮装置的脱气罐的进水口(131)与位于所述脱气罐底部的布水器(132)联接，所述脱气罐上部的出水口与所述还原消除次氯酸钠的还原装置(150)的进水管联接，所述脱气罐的顶部还设有刮渣器和气泡收集槽。

混凝沉淀装置(200)

所述的离子催化电解脱氮装置之前还可设置有混凝沉淀装置，以除去水体中的颗粒固形物(SS)，预防电解机的堵塞。参照附图2，所述混凝沉淀装置(200)包括依次连接的pH调节池(210)、混凝池(220)、助凝池(230)、沉淀池(240)和中间水池(250)，其中所述沉淀池(240)的顶部设有上清液出水口(242)，所述上清液出水口与所述中间水池(250)的进水口连接，所述沉淀池的底部设有污泥出口(241)，所述污泥出口与污泥泵(414)联接。

所述混凝沉淀装置(200)的混凝池(210)还包括混凝剂加药装置和搅拌机，混凝剂加药装置中贮藏有质量比为2～20％硫酸铁、三氯铁或聚合氯化铝溶液；所述助凝池还包括助凝剂加药装置和搅拌机，所述助凝剂加药装置中贮藏有质量比为1～2‰的PAM溶液。

脱硬度装置(300)

参照附图3，所述混凝沉淀装置(200)和离子催化电解脱氮装置(100)之间还设置有脱硬度装置(300)，其能够用于去除水体的钙镁离子，防止电极结垢。所述脱硬度装置(300)由除硬度反应罐(310)、沉淀分离罐(320)、固液分离机(340)和脱硬度中间水池(330)构成；所述除硬度反应罐(310)上还安装有熟石灰投加罐(311)、碳酸钠溶液投加罐(312)和搅拌机(313)，分别投加用于脱除碳酸氢盐(碳酸氢钙和碳酸氢镁)的熟石灰和用于脱除硫酸钙的碳酸钠溶液；所述除硬度反应罐(310)的进水口与混凝沉淀装置的中间水池(250)的出水口连接，除硬度反应罐(310)的出水口与沉淀分离罐(320)的进水口连接，沉淀分离罐(220)的出水口与脱硬度中间水池(330)的进水口连接，脱硬度中间水池(230)的出水口与离子催化电解脱氮装置(100)的电解机(110)进水口连接。所述固液分离机是板框压滤机、离心机、真空过滤机的一种。

污泥处理装置(400)

参照附图4，所述污泥处理装置(400)包括污泥泵(414)、污泥浓缩池(410)、理化调理池(420)和脱水机(430)，所述污泥泵(414)的进口分别与所述的混凝沉淀装置(200)、脱硬度装置(300)的污泥出口连通，所述污泥浓缩池(410)为重力浓缩池，所述污泥泵的出口与重力浓缩池的进口连通，重力浓缩池的污泥出口与理化调理池的进口联通，重力浓缩池的污水出口与混凝沉淀装置的进水口联通；理化调理池(420)的出口与脱水机(430)的污泥进口联通，脱水机(430)的泥块收集于污泥收集坪内，脱水机(430)的污水与混凝沉淀装置(200)的进水口联通。

所述污泥处理装置分别与混凝沉淀装置(200)和脱硬度装置(300)的污泥出口连接，所述污泥泵的出口与所述重力浓缩池(410)的进口连通，所述重力浓缩池(410)内包括由上至下的上层区、中层区和下层区，所述上层区的出水口用于连通混凝沉淀装置(200)进水口，所述下层区的出口与所述脱水机(430)的进口连通，所述重力浓缩池(410)中还设置有搅拌器。

一种污水的离子催化电解脱氮方法，采用所述的污水的离子催化电解脱氮系统进行污水的脱氮处理，包括如下步骤：

(1)混凝沉淀：所述混凝沉淀是将污水从污水收集调节池中定量泵到混凝池(210)中，开启搅拌机，按0.05～2Kg/m

(2)脱硬度：将经过混凝沉淀(200)和固液分离后的滤后液流入脱硬度装置的除硬度反应罐(310)中，先按1～2Kg/m

2Ca(HCO

2Mg(HCO

CaSO

(3)离子催化电解脱氮：将步骤(2)中所述脱硬度后的污水泵入离子催化电解脱氮装置(100)的电解机(110)中，同时启动氯离子催化剂投加装置(140)，按0.5～15L/m

离子催化电解脱氮的原理是氯化钠溶液中的氯离子在电场作用下，向正极移动，在阳极表面失去电子，生成次氯酸钠，在弱碱性条件下(pH为9～11)次氯酸钠与氨氮反应生成一氯胺，一氯胺继续与次氯酸钠反应，生成二氯胺，二氯胺再与次氯酸钠反应，生成三氯胺，三氯胺在碱性环境极不稳定，分解生成氮气和氯化钠，氯化钠再次被电解，生成次氯酸钠，如此循环，氯离子起催化剂的作用，反应式如下：

Cl

NH

NH

2NH

总反应式：

Cl

2NH

催化电解污水脱氮时，水中的氢离子向阴极移动，产生具有强还原性的氢原子，氢原子与污水中的硝酸根和亚硝酸根反应生成氮气，经过脱气罐分离，去除污水中的硝氮。

具体地，在催化电解脱氮时，为了保证脱氮效果，将脱气罐中的污水经循环泵按1：5～40进行回流，控制离子催化电解后氨氮的去除率大于95％，总氮的去除率大于95％。

所述污水脱氮的pH为6～11，城镇污水脱氮的最佳pH为8.5～9，其出水的氨氮≤1.5mg/L，总氮≤1.5mg/L。

所述垃圾渗滤液、养殖废水、煤化工废水、稀土废水脱氮最佳pH为9.5～11，其出水的氨氮≤1.5mg/L，总氮≤5mg/L。

(4)污泥处理：将混凝沉淀(200)和脱硬度(300)的污泥分别输送至污泥浓缩池(410)内，进行重力浓缩，形成上部的上清液和底部的污泥；将上述的上清液体输送至混凝沉淀装置(200)进水管中，将底部污泥输入至理化调理池(420)中；在上述理化调理池(420)内加入理化调理剂，再输送至脱水机(430)内处理成有机泥块后收集，泥块焚烧处理，所述理化调理剂包括石灰、三氯化铁和聚合氯化铝。

实施例1

采用本发明的生产工艺建设的某市政污水处理厂，包括一级处理+混凝沉淀+离子催化电解脱氮+亚硫酸钠溶液还原+污泥脱水，其中：一级处理采用粗格栅+细格栅+曝气沉沙池工艺。

表1、某污水处理厂的进水水质指标

所述城市生活污水进入所述污水处理厂的水体净化系统。水体净化系统包括一级处理装置、混凝沉淀装置(200)、离子催化电解脱氮装置(100)和污泥处理装置(400)。

污水依次进入一级处理装置、混凝沉淀装置(200)、离子催化电解脱氮装置(100)。

向所述混凝沉淀装置中先向污水中按0.05㎏/m

表2某城市污水处理厂某日混凝沉淀处理处理后的水质指标

从表2可知，混凝沉淀装置(200)对SS、COD、BOD、总磷及动植油、石油类和色度均有较好的去除效果，但对氨氮和总氮的去除效果差。经过混凝沉淀后的污水进入离子催化电解脱氮装置(100)处理，处理后水体进入还原装置(150)消除次氯酸钠，使水质还原，出水指标如表3。离子催化电解脱氮装置的电解机主机(110)的工作电压为36.5V，电流密度为11mA/cm

表3某污水经混凝沉淀和电解脱氮处理后的水质指标

从表3可知，该污水经过本发明的一种市政污水的催化电解深度净化后的出水指标除总氮小于1.5mg/L外，其他完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类水质标准。

实施例2

某垃圾填埋场100吨/日的渗滤液处理工程的离子催化脱氮。

所述某垃圾填埋场100吨/日的渗滤液处理工程由混凝沉淀装置、离子催化电解脱氮装置、生化处理装置、二级电解装置、混凝沉淀装置和污泥处理装置构成。

所述的垃圾渗滤液原水水质和控制指标如表4所示。

表4垃圾渗滤液处理工程处理的进出水控制指标

步骤一、混凝沉淀

所述石灰混凝沉淀是将垃圾渗滤液从垃圾渗滤收集调节池中定量泵到混凝池(220)中，开启搅拌机，按2Kg/m

步骤二、脱硬度

所述脱硬度是将步骤(1)混凝沉淀处理后的垃圾渗滤液从步骤(1)的中间水池(250)泵入除硬度反应罐(310)中，在不断搅拌的条件下按4L/m

步骤三、离子催化电解脱氮

所述离子电解脱氮是将脱硬度后的垃圾渗滤液泵入离子催化电解脱氮装置(100)，经过电解脱氨氮和总氮处理，所述电解脱氮的工作条件为：电压50V，电流密度为10mA/cm

实施例3

某稀土采矿300吨/日的废水处理工程。

所述稀土采矿300吨/日的废水处理工程由离子催化电解脱氮装置(100)、混凝沉淀装置(200)构成。

所述的稀土原水水质和控制指标如表5所示。

表5稀土原水水质及处理后的水质控制指标

本实施例采用的污水的离子催化电解脱氮方法依次包括离子催化电解脱氮、混凝沉淀和污泥脱水三个步骤，具体地：

采用碱液投加装置往待处理稀土高氨氮废水中投加浓度为10％的氢氧化钠溶液以将其pH值调节至10，同时启动氯离子催化剂投加装置(140)中的输送泵，往管道混合器中加入浓度为20％的氯化钠溶液以将废水中氯离子浓度提高至250mg/L，废水与氯离子催化剂在管道混合器中混合均匀之后泵入电解机110中进行离子催化电解脱氮，所述电解机110的工作电压为36.5V且电流密度为11mA/cm

表6稀土采矿废水经过离子催化电解脱氮后的进出水指标

离子催化电解脱氮经检测合格后的废水进入混凝沉淀装置(200)中进行混凝沉淀处理，先将pH值调节至8.5，再加入10％聚合铝(PAC)溶液混凝剂，加入量为120mg/L(以PAC计)，在转速为100转/分钟的条件下混凝反应后，按1mg/L加入助凝剂PAM并在转速为20转/分钟的条件下反应后进入沉淀池分离，得到混凝沉淀净化后的出水，混凝沉淀装置(200)处理后污泥经过废水脱水机脱水处理后得脱水泥块(略)。

实施例4

某1000吨/日的养猪废水处理工程的离子催化脱氮。

所述1000吨/日的养猪废水处理工程由厌氧产沼气装置、混凝沉淀装置、离子催化电解脱氮装置、生化处理装置、二级电解装置、混凝沉淀装置和污泥处理装置构成。

所述的养猪废水的原水水质和控制指标如表7所示。

表7垃圾渗滤液处理工程处理的进出水控制指标

步骤一、产沼气

步骤二、混凝沉淀

所述混凝沉淀是将养猪废水的产沼气后废水从调节池中定量泵到混凝池(220)中，开启搅拌机，按2Kg/m

步骤三、离子催化电解脱氮

所述离子电解脱氮是将混凝沉淀后的养猪废水泵入离子催化电解脱氮装置(100)，经过电解脱氨氮和总氮处理，所述电解脱氮的工作条件为：电压28.6V，电流密度为90mA/cm

接着，将生化处理后养猪废水进入二次离子催化脱氮装置，二次催化电解脱氮为：所述养猪废水的二次离子电解脱氮是将生化后的养猪废水泵入离子二次催化电解脱氮装置，经过二次电解脱除生化后的养猪废水的氨氮和总氮处理，所述电解脱氮的工作条件为：电压30.00V，电流密度为70mA/cm

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。