本發明專利技術公開了一種處理含氮有機廢水的電化學反應器及應用及處理方法，屬于含氮有機廢水處理領域。該裝置包括反應容器、電源、出氣管、出水管、出水管閥門和進水系統，還包括填料、陰極板和陽極板，所述的填料由活性炭和磁鐵粒子混合組成；所述的陰極板與電源的負極相連；所述的陰極板為二氧化硅板負載銅鈀涂層電極，其涂層材料組成質量比為Pd:Cu=6:1；所述的陽極板為DSA氧化物涂層電極—Ti/IrO2–PtO2。采用活性炭顆粒和粒徑相似的磁鐵顆粒混合物作為填料，是一種兼具高效脫除硝氮、氨氮和COD，且能耗低的間歇式運行三維電極反應器，能達到對含氮有機廢水中去除氮素和COD的目的。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于含氮有機廢水處理領域，更具體地說，涉及一種處理含氮有機廢水的電化學反應器。
技術介紹
近年來，由于農藥和化肥的使用，硝酸鹽已成為水體的一種主要污染物。研究表明，使用高硝酸鹽含量的飲用水，可導致嬰兒血紅蛋白增高，也可以引起成年人發生與此相關的癌病。水體硝酸鹽脫除的方法和工藝，有膜過濾、離子交換、生物反硝化、電化學脫氮等，其中電化學脫氮，由于其脫氮效率快，脫氮效果好，沒有二次污染，并對COD有一定去除效果，因而得到了較多研究者的關注。然而，電化學脫氮方法的能耗高，操作成本大這一缺陷卻限制了其進一步的發展以及實際應用的可能性，為了降低其能耗，研究者開始改進電化學脫氮技術。電化學脫氮技術的研究主要有兩個方向:(I)開發新的電極材料:具有較強氧化能力的尺寸、形狀穩定的氧化物涂層電極(DSA)如Ti/Ir02，Ti/RuO2, Ti/PbO2, Ti/BDD 等(Engracia Lacasa, Javier Llanos, et al.Electrochemicaldenitrification with chlorides using DSA and BDD anodes, Chemical EngineeringJournal: 184 (2012) 66_71.)，和具有還原硝氮能力的陰極如銅鈀電極，銅錫電極，銅鋅電極等(J.Trawczynski, P.Gheek.et al.Reduction of nitrate on active carbonsupported pd_cu catalysts.Applied Catalysis A:General:409-410 (2011)39-47.)。(2)電化學反應器的開發:研究者對于電極材料的研究已經較為成熟，為了得到更好的處理效果，研究者對三維電極電化學反應器的研究和開發已經成為現在的研究重點。通過新的電極材料在新三維電極電化學反應器中的使用，填料的篩選，以及反應器的構型和運行方式的研究，最終開發出一系列的具有實際應用潛力的三維電極電化學反應器(Zhen yin, Wuzhou.et al.Supported pd-cu Bimetallic Nanoparticles That Have High Activityfor the Electrochemical Oxidation of Methanol, chem.201103674.X目前，雖然對于三維電極電化學反應器的設計和開發上已取得較豐富的成果，但是三維電極電化學反應器的應用卻主要集中在有機廢水尤其是含難降解有機物廢水的處理方面。2002年，中山大學熊亞等人設計了以光催化，利用陽極的偏壓有效地捕獲光生電子，提高二氧化鈦的光催化氧化效率，而且能利用三維陰極現場產生強氧化劑H2O2的間接電化學氧化和此H2O2的光催化氧化的三維電極反應器(三相三維電極光催化反應器；中國專利號:02225247.9)。2010年沈陽建筑大學班福忱等人設計了利用電芬頓法，用網狀環形陽極和空心柱狀陰極，并采用圓形設計，使反應器內混合均勻、無死角，且電解效率高，可實現對難降解有機廢水進行處理的目的(三維電極/電芬頓反應器；中國專利號:2010101 68426.X)。2006年，北京工業大學魏剛等人設計了用饋電電極和粒子電極導流斗處理難降解有機廢水的三維電極反應器(一種處理難降解有機廢水的三維電極反應器；中國專利申請號:200610081233.4)。三維電極反應器在廢水脫氮應用方面，通常利用反應器陰極將水體中的硝酸根離子還原為氮氣來去除硝酸鹽水體中的氮素以及將三維電極反應器與生物脫氮技術耦合，構造成三維電極-生物膜反應器來進行脫氮(電化學自養集成脫硝方法及其反應器；中國專利申請號:01130845.1。中科院劉會娟等，膜電解電化學氫自養反硝化去除硝酸鹽的方法和反應器催化電化學生物氫自養反硝化去除硝酸鹽的方法和反應器；中國專利申請號:200810132733.5)。在這類反應器中，陽極的作用主要為產生CO2,陰極作用主要為產生H2,以此為反應器，負載在填料上的自養反硝化細菌提供無機碳源和氫源，利用反應器中的自養反硝化菌去除水體中的硝酸鹽。對含氨氮、硝氮以及低COD的廢水處理方面，通常會同時考慮陰極的還原作用和陽極的氧化作用(南京大學范念文等，一種復三維電極反應器及其在含氮有機廢水處理中的應用；中國專利申請號:201110007347.5)。這類反應器主要用于含氨氮、硝氮以及低COD廢水的處理，但陰極電板對硝氮還原的選擇性不高以及陰極附近硝酸根離子濃度和陽極附近氨離子濃度較低的缺陷，限制了進一步實踐應用和發展。綜上所述，現在電化學脫氮技術存在成本高，脫氮效果不理想的問題。
技術實現思路
要解決的問題 針對現有處理含氮有機廢水所采用的電化學脫氮技術存在成本高，脫氮效果不理想的問題，本專利技術提供，本專利技術在保證原有三維電極氧化效果且不增加能耗的前提下，選用具備較強脫硝能力的陰極，具有較強氧化氨氮和COD能力的DSA類氧化物涂層電極一Ti/Ir02 - PtO2為陽極，采用活性炭顆粒和粒徑相似的磁鐵顆粒混合物作為填料，裝置間歇式運行，是一種兼具高效脫除硝氮、氨氮和COD的能力且能耗低的間歇式運行三維電極反應器。技術方案 為了解決上述問題，本專利技術所采用的技術方案如下: 一種處理含氮有機廢水的電化學反應器，包括反應容器、電源、出氣管、出水管、出水管閥門和進水系統，所述的進水系統由集水器、蠕動泵、進水管閥門和進水管依次順連組成；所述的進水管與反應容器的中下部相連；所述的出氣管連接在反應容器的頂部；所述的出水管連接在反應容器的中下部，出水管由出水管閥門控制，還包括填料、陰極板和陽極板，所述的填料由活性炭和磁鐵粒子混合組成；所述的陰極板與電源的負極相連；所述的陽極板與電源的正極相連；所述的一個陰極板和一個陽極板構成一個電極組，電極組共有1-10組；所述的電極組在反應容器中依次等間隔分布；所述的陰極板為二氧化硅板負載銅鈀涂層電極，其涂層材料組成質量比為Pd:CU=6:l ;所述的陽極板為DSA氧化物涂層電極一Ti/IrO2-PtO20電極組在反應容器中依次等間隔分布；此反應容器中電極組共有1-10組，使得反應容器內部構成“ S ”型流向，使反應溶液能夠在反應容器中充分地被氧化還原，提高反應效率。進一步地，還包括反沖洗系統，所述的反沖洗系統由空壓機、空壓機閥門和進氣管依次連接組成；所述的進氣管連接在反應容器的底部。 進一步地，所述的填料為活性炭顆粒和磁鐵粒子的混合物，其中活性炭和磁鐵粒子的質量比為6:1-36。更進一步地，所述的活性炭顆粒的平均粒徑/磁鐵粒子的平均粒徑=1±20%。更進一步地，所述的反應容器頂部內側還設有溢流板，當廢水在反應容器內部反應后，由溢流板溢出，再由出水管流出。反應過的廢水經溢流板溢出，這樣保證了所有廢水在經過反應區的凈化后再排出反應容器，避免了未反應廢水的排出。更進一步地，所述的反應容器頂部的上蓋為可拆卸結構。反應容器運行前將頂蓋揭開有利于反應容器的組裝及反應容器組件如主電極，填料的更換。頂蓋上開孔，反應容器運行時，頂蓋固定，有利于反應容器生成氣體如N2等的排出，反沖洗時保證空氣能順利排出的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種處理含氮有機廢水的電化學反應器，包括反應容器、電源（1）、出氣管（2）、出水管、出水管閥門（3）和進水系統，所述的進水系統由集水器（10）、蠕動泵（9）、進水管閥門（8）和進水管（7）依次順連組成；所述的進水管（7）與反應容器的中下部相連；所述的出氣管（2）連接在反應容器的頂部；所述的出水管連接在反應容器的中下部，出水管由出水管閥門（3）控制，其特征在于：還包括填料（6）、陰極板（11）和陽極板（12），所述的填料由活性炭和磁鐵粒子混合組成；所述的陰極板（11）與電源（1）的負極相連；所述的陽極板（12）與電源（1）的正極相連；所述的一個陰極板（11）和一個陽極板（12）構成一個電極組，電極組共有1?10組；所述的電極組在反應容器中依次等間隔分布；所述的陰極板（11）為二氧化硅板負載銅鈀涂層電極，其涂層材料組成質量比為Pd:Cu=6:1；所述的陽極板為DSA氧化物涂層電極—Ti/IrO2–PtO2。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊光俊，葉忠香，夏遠芬，
申請(專利權)人：國電環境保護研究院，南京大學，
類型：發明
國別省市：
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