一种电化学催化降解高盐废水中总氮的装置及方法与流程

1.本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及采用电化学反应器催化降解工业 废水总氮(氨氮硝氮)的装置及方法。


背景技术：

2.高盐高氨氮废水来源于垃圾渗滤液、味精生产、煤化工、有色金属冶炼等 行业。随着近年来国家对排放标准的收紧和排放管控的强化，相关地区的产业 面临巨大的转型压力。
3.高总氮工业废水往往兼具高盐高硝(高氨氮)的特点，且水质复杂多变， 处理难度很大，传统的含氮废水处理主要有物理法、化学法、生物法以及它们 的联合处理方法，其中物理法多是含氮分子的转移，没有直接的处理；化学法 需要添加外来药剂，容易引发副反应与二次污染；生物法的细菌很难在高盐溶 液中生存繁殖，而且许多高盐废水存在一定的毒性，使生物法处理受到很大的 局限性。
4.传统的处理方法之外，近年来电化学处理方法也是一个热门研究方向，而 如果直接应用文献中的电化学方法，常因为无法适应复杂的水质、易结垢等问 题而无法放大化处理。因此需要提供一种电化学综合处理技术，以解决困扰多 年的高盐高总氮工业废水处理问题。
5.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明的第一目的是提供了一种电化学催化降解高盐废水中总氮的装置， 该装置通过多级单腔室电化学反应器，能够同时实现硝氮还原与氨氮氧化，形 成连续的原水总氮降解，可实现工业化应用。该方法能快速高效处理废水中总 氮(氨氮和/或硝氮)，降低能耗，实现清洁生产。
7.本发明的第二目的是提供了采用上述装置催化降解高盐废水中总氮的方 法。
8.本发明的第一目的是提供一种电化学催化降解高盐废水中总氮的装置，所 述装置包括：电化学反应系统和电控分析系统，
9.其中，所述电控分析系统分别与所述电化学反应系统的进水口与所述电化 学反应系统的出水口连接，所述电控分析系统用于监控原水和出水的液流量和 氨氮浓度、硝氮浓度和总氮浓度；
10.所述电化学反应系统用于实现对高盐废水中的总氮降解。
11.进一步地，所述装置还包括预处理系统，所述预处理系统的出水口与所述 电化学反应系统的进水口连接，所述预处理系统用于降低进水硬度，防止电化 学反应系统内结垢。
12.进一步地，所述装置还包括加药系统，所述加药系统位于所述预处理系统 的出水口与所述电化学反应系统的进水口的连接管路上，用于增强所述电化学 反应系统的催化
降解能力。
13.在本发明的一个优选实施例中，所述装置包括：电化学反应系统、预处理 系统、加药系统和电控分析系统。
14.其中，所述预处理系统的出水口与所述电化学反应系统的进水口连接，所 述预处理系统用于降低进水硬度，防止电化学反应系统内结垢；
15.所述电控分析系统分别与所述预处理系统的进水口、所述电化学反应系统 的进水口与所述电化学反应系统的出水口连接，所述电控分析系统用于监控原 水和出水的液流量和氨氮浓度、硝氮浓度和总氮浓度；
16.在所述预处理系统的出水口与所述电化学反应系统的进水口的连接管路上 设有加药系统，用于增强所述电化学反应系统的催化降解能力；
17.所述电化学反应系统用于实现对高盐废水中的总氮降解。
18.进一步地，所述电化学反应系统为该装置的核心，包括直流电源和多级单 腔室电化学反应器。所述直流电源用于为所述多级单腔室电化学反应器供电， 所述多级单腔室电化学反应器用于实现对高盐废水中的总氮降解。
19.〔多级单腔室电化学反应器〕
20.所述多级单腔室电化学反应器中，将阴极极板与阳极极板共处一室的单腔 室作为一级，然后多个单腔室通过串联或并联组合运行，构成多级单腔室电极。
21.上述多级单腔室电化学反应器具有多级的单腔室结构，能有效的连续降解 废水。以总氮浓度为a mg/l的高盐废水为例，如果采用5级单腔室电极进行 降解，则第一级降解30％a浓度总氮，第二级降解25％a浓度总氮，第三级降 解20％a浓度总氮，第四级降解15％a浓度总氮，第五级降解9.5％a浓度总氮。 经过上述多级降解，最终出水中的总氮浓度仅为0.5％a，实现达标排放。
22.在本发明的一个实施例中，采用5级单腔室电极进行降解。如废水总氮浓 度为1000mg/l，该废水进入电化学反应器，经第一级有效降解总氮浓度从 1000mg/l降至700mg/l，经第二级总氮浓度降至450mg/l，经上述多级降解， 第五级出水的总氨氮浓度≤20mg/l，实现达标排放，不需要循环电解。所述降 低能耗，是通过参数的调整与电化学反应器的优化，使电流效率达到50-95％以 上。
23.进一步地，本发明对于多级单腔室电化学反应器的极板间距、极板材质和 单腔室腔体大小进行了优化，具体技术方案如下：
24.将阴极极板与阳极极板共处一室的单腔室作为一级，其中阴极极板表面负 载有阴极催化剂，阳极极板表面负载有阳极催化剂。可以对阴极极板和阳极极 板之间的间距进行调节，例如采用氧化法去除氨氮，该间距为1.0-2.5cm；如采 用还原法去除硝氮，该间距为1.5-2.7cm。针对不同类型的废水，上述间距范围 会有小幅度波动。如间距太小，阴阳极板容易受两者之间离子基团影响(例如 硝氮在阴极极板还原成的中间体，还没有进一步被还原为氮气与氨氮，no
2-立 刻被阳极电极重新氧化成硝态氮no
3-，或者氯离子在阳极氧化成次氯还没有与 氨氮反应，立刻被阴极电极还原。这样造成很多中间体只是单纯的参与氧化还 原，没有进一步参与实际需要的反应，浪费许多电子、电流，徒增能耗)；如 间距太大，则反应电压升高，能耗增大。
25.由于废水种类繁多，水质复杂，没有一种极板材质能针对多种废水进行降 解，因
此本发明采用以下极板材质：所述阴极极板材质选自cu单质、cu-a合 金、cu-a-b合金中的一种，其中a选自zn、ni、sn、pb中的一种，b选自 mn、fe、ti中的一种。所述阳极极板通常以ti板或ti网板为基底，在ti板 上烧结一薄层ti-n或tio
2-ruo2或tio
2-x(x选自sno2、pbo2、mno2、pto2、 sbo2中的一种)层作为中间层，随后负载上ruo
2-iro2(两元涂层)、ruo
2-iro
2-x (三元涂层)、ruo
2-x-c(三元涂层)、ruo
2-iro
2-x-c(四元涂层)、 ruo
2-iro
2-x-c-d(五元涂层)作为催化剂。其中c选自tio2、nb2o5、ceo2中的一种，d为co2o3。例如实施例1中，阴极极板为cu-zn合金，阳极极板 以ti板作为基底，tio
2-ruo2作为中间层，并负载ruo
2-iro2作为催化剂。
26.由于废水水质复杂，如按种类分类包括垃圾渗滤液、工厂废水、印染废水 等。而且即使是同一种废水，例如垃圾渗滤液，由于产生地点以及生成工艺不 同，废水成分也会有很大区别，因此需要选自不同的阴阳极极板材质对其进行 处理。并且废水通常对催化剂伤害较大，选自阳极极板催化剂时，也要注重中 间层的选择，必要时在涂层催化剂中掺杂耐腐蚀元素，形成多元涂层。
27.不同单腔室腔体的大小，决定了废水在每个单腔室内的停留时间，从而影 响电解效率。如单腔室腔体过小，废水停留时间过短，则反应时间过短，催化 降解反应很难进行彻底，而且散热不便，减少催化剂寿命；如单腔室腔体过大， 则反应器占地面积太大，后期不易实现规模化放大。一般腔体大小与电极极板 面积以及废水处理量有关，例如电极极板面积是a平方米，腔体大小大致在 0.3-0.8a立方米左右。而处理流量越小，腔体体积越接近0.8a立方米，处理流 量越大，腔体体积越接近0.3a立方米。
28.在本发明的实施例中，所述电化学反应器在直流电源供电作用下发生电解 反应，包括氨氮的氧化与硝氮的还原，反应原理如下：
29.1、氨氮电化学去除原理：
30.(一)氨氮直接电化学氧化：氨氮的电化学去除主要在电化学反应器的阳 极极板上进行，在阳极极板表面氨氮失去电子被电催化氧化为氮气，同时消耗 氢氧根离子，如下式所示：
31.2nh
4
8oh-→
n2 8h2o 6e-32.(二)氨氮间接电化学氧化(有氯离子参与反应)：
33.阳极极板上发生电氧化反应：6cl-‑
6e-→
3cl234.2nh
4
3cl2 8oh-→
n2 8h2o 6cl-35.阴极极板上发生电还原反应：6h2o 6e-→
3h2 6oh-36.故总反应式为：2nh
4
2oh-→
n2 3h2 2h2o
37.2、硝氮电化学去除原理
38.硝氮的电化学去除主要在电化学反应器的阴极极板上进行，在阴极极板表 面硝酸根接受电子被电催化还原的最终产物为氮气或氨氮，并伴随产生氢氧根 离子，如下式所示：
39.no
3- 3h2o 5e-→
0.5n2 6oh-40.或no
3- 7h2o 8e-→
nh
4
10oh-41.阳极极板上的电化学氧化反应取决于第一产水ph值，第一产水来源于沉 淀池，为碱性水，因此阳极极板易催化oh-分解产生氧气。如下式所示：
42.5oh-→
1.25o2 2.5h2o 5e-43.根据硝酸根被还原的最终产物为氮气或氨氮的不同，发生的总反应分别为：
44.no
3- 0.5h2o
→
0.5n2 1.25o2 oh-45.no
3- 3h2o
→
nh
4
2oh- 2o246.如硝氮还原产物为氨氮，则可继续通过下一级腔室的电化学氧化过程转化 为氮气，从而实现脱氮。在完成硝氮电化学去除的同时，还伴随着oh-产生。 其中oh-可继续用于氨氮电化学氧化的消耗，从而实现oh-循环使用。因此氨 氮的氧化或硝氮还原过程中，除氮气和氧气外排外，无其他物质产生。因而可 实现清洁生产。
47.〔预处理系统〕
48.预处理系统也可称为软化水处理系统，作用为降低多级单腔室电化学反应 器的进水硬度。一旦进水硬度过高，容易在电化学反应器的极板上结垢，堵塞 阴阳极极板表面的催化剂活性位点，使电化学反应器内的电流降低。所以必须 使用预处理系统对进水进行软化，将硬度降到≤100mg/l，达到电化学反应器 的接受程度。
49.所述的预处理系统可以为沉淀池，所述沉淀池选自斜管沉淀池、平流式沉 淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池、水平管沉淀池中的一种。也可以用过滤 器或软化水设备代替沉淀池，上述设备都能够降低水的硬度，起到软化硬水的 作用，选择其中任意一种即可作为预处理系统。
50.如对预处理系统的出水进行氨氮氧化时，沉淀池的ph值为9-13.6；如对预 处理系统的出水进行硝氮还原时，沉淀池的ph值为9-10。
51.在本发明的一个实施例中，沉淀池设置有自带的絮凝剂桶，如pac桶或 pam桶。可依据不同废水类型向沉淀池中添加絮凝剂，如加入pac或pam或 者两种絮凝剂的混合物发生协同作用。在废水中形成大分子抱团沉降，去除水 中杂质与悬浮物。
52.所述絮凝剂pac为聚合氯化铝，是最常用的一种无机高分子絮凝剂。pac 的作用是通过它或者它的水解产物的压缩双电层、电性中和、卷带网捕以及吸 附桥连等四个方面的作用完成的。其具有高电荷聚合环链体型特征，对水中胶 体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用，并可强力去除微毒物及重金属离子， 形状稳定。在水中与胶体颗粒所带的负电荷瞬间中和作用，使胶体脱稳，胶体 颗粒迅速混凝，并进一步架桥生成絮团而快速沉淀。所述pam为聚丙烯酰胺， 是一种线性高分子有机物，有机高分子絮凝剂具有在颗粒间形成更大的絮体由 此产生的巨大表面吸附作用，降低水中的各项指标原理如上。
53.在本发明的一个实施例中，沉淀池还设置有自带的碱液桶，作用为使水中 的钙镁离子形成氢氧化钙与氢氧化镁等不溶物，与大分子结合沉降，加快去除 水中的一些可溶性钙镁离子，减小硬度。反应方程式如下所示：
54.2naoh ca
2
→
ca(oh)2↓
2na

55.2naoh mg
2
→
mg(oh)2↓
2na

56.所述硬度是表示水中包括但不限于钙、镁、铁、铝、锌离子的含量。通常 以ca
2
、mg
2
含量计算，单位有两种：一种以mg/l表示，一种用度来表示， 即1l水中含有10mg ca为1度。
57.因此本发明使用预处理系统对进水进行软化将硬度降到≤100mg/l，原因 是该条件下，电化学反应器极板的垢层很容易被进水冲刷下来；也很容易被反 极化处理，不会对电化学反应器造成很大影响。
58.〔加药系统〕
59.由于废水成分复杂，某些废水软化后直接进入电化学反应器进行反应，催 化氧化不完全。这时需要启动加药系统。加药系统位于预处理系统的出水口与 电化学反应系统的进水口的连接管路上，将少量药剂随进水加入电化学反应器 内，辅助电化学反应器进行催化氧化，达到nh
4-n或no
3-n高比例去除的目 的，去除率为90-100％。
60.所述药剂为氯化物mcl，m可为钠、钾，但不限于此(常用就是氯化钠或 氯化钾)。药剂量是依据废水中氨氮浓度，配置不同浓度的氯化钠溶液，通过 引入氯离子，增强间接氧化能力。通常对于氨氮浓度为a mg/l的废水，添加 氯化钠的量为0.013-0.025a g/l。
61.所述加药系统的间接氧化能力，是除了氨氮直接在阳极极板表面氧化生成 n2外，氯离子也会在阳极极板表面氧化生成氯气，氯气与水或者氢氧根发生反 应，生成次氯，次氯不稳定，会氧化剩余的氨氮，辅助阳极极板将氨氮氧化成 氮气。
62.所述不同氨氮浓度对应的不同氯离子浓度是由于同一时间内，同一批次氯 离子在阳极极板表面氧化生成次氯，然后次氯氧化氨氮生成氮气，需要一个化 学过程与相应时间。所以氯离子浓度越高，氧化氨氮所需时间越短，消耗的能 耗越低。但是氯离子浓度过高，一是造成药剂浪费，二是容易生成过量次氯， 产生氯气味和影响后期的水处理。所以不同氨氮浓度有了一个大致的氯离子浓 度区间。
63.〔电控分析系统〕
64.所述电控分析系统主要包括电控柜和总氮在线检测仪，作用为控制和检测 原水进液量、碱液流量、进水和出水总氮浓度，其中总氮包括氨氮、硝氮等。
65.所述总氮在线检测仪是判断出水能否达标以及电化学反应器启用多大电流 的依据。当各参数固定时，计算公式如下所示：
66.c*v＝k'i
67.其中c为进水总氮浓度，v为进水流量，i为电化学反应器的运行电流，k 是与电流效率正相关的一个常数。由于反应参数或条件影响电流效率，所以k＝ (0.2-0.95)*a，其中0.2-0.95是电流效率波动的范围，a是固定常数，当各反 应参数确定不变时，电流效率变化不大，k值固定，进水总氮含量与电解电流 呈一定线性关系，所以进水流量一定的情况下，依据进水总氮浓度可以初步计 算得到电化学反应器的运行电流。由总氮在线检测仪测试出水中的总氮含量， 可以判断出水是否达标。如果总氮超标，可以加大电解电流进行处理。
68.本发明还提供了使用所述装置催化降解高盐废水中总氮的方法，包括以下 步骤：
69.1)打开原水控制阀门，使原水以一定流速进入沉淀池中；
70.该处理方法主要针对高盐废水进行，优选原水含盐量为10-30％，氨氮值为 100-5000mg/l。
71.2)打开沉淀池自带的絮凝剂桶，向沉淀池中以一定流速加入絮凝剂溶液， 同时开启碱液桶的计量泵，依据沉淀效果，向沉淀池中缓慢加入碱液，从沉淀 池中输出第一产水；
72.废水在沉淀池内的停留时间根据沉淀池的规模确定。作为絮凝剂的pac或 pam加入量依据废水沉淀效果而定，所述碱液质量浓度为15-40％，如果废水 硬度≤100mg/l，沉淀池可停用；
73.3)所述第一产水从沉淀池输出后，通过进料泵分为两股，分别为第二产水 和第三产水，所述第二产水占所述第一产水的85-95体积％，优选95体积％， 所述第二产水直接进
入电化学反应器(以第一产水进量为1m3/h为例，第二产 水进量为950l/h，第三产水为50l/h)，
74.所述第三产水占所述第一产水的5-15体积％，优选5体积％，所述第三产 水进入加药系统，与加药系统内的氯化物混合后，从加药系统输出，然后与所 述第二产水合并进入电化学反应器；
75.4)在直流电源供电下，在阴极极板与阳极极板共处一室的单腔室内，阴极 极板表面的硝氮与水被还原成n2、h2与oh-，同时阳极极板表面的氨氮与oh-被氧化生成n2与h2o等；通过电控分析系统监测进水和出水中的总氮含量， 废水中的总氮浓度在多级单腔室中一级一级的逐步降低，直到最后一级的总氮 含量检测达标，排放到指定区域。
76.上述催化降解流程相对简单：一、电化学反应器只需要依据进水与出水总 氮，调节电压、电流即可。二、前置的预处理系统成熟度很高，只要对废水进 行烧杯实验，确定大概的絮凝剂添加量，随后在沉淀池中进行实际废水的验证， 很快就能在自带的絮凝剂桶配好相应浓度的絮凝剂，保证相对的沉淀效果。三、 加药系统提供的药剂只有一种，无毒无腐蚀，只需将药剂搬到上料机，自动上 料即可。四、电控与分析系统：推上控制箱内各路电闸，只需读取总氮和ph 计等数据即可。
77.上述整体操作过程可概括为原水进入沉淀池软化后，途径絮凝剂桶补充少 量药剂，随后进入电化学反应器进行电解催化，出水直接达标排放。对于硬度 达标的废水，则不需沉淀池与絮凝剂桶，直接进入电化学反应器，启动直流电 源进行电解，出水直接排放即可。
78.本发明的有益效果：
79.本发明提供了一种电化学催化降解高盐废水中总氮的装置，以及采用该装 置催化降解高盐废水中总氮的方法。该方法能连续处理原水，降低能耗，实现 清洁生产，与现有技术相比存在以下区别：
80.1、对于电化学反应器进行了以下优化：
81.(1)极板间距选择：对于氨氮氧化，单腔室内阴极极板与阳极极板的间距 通常为1-2.5cm；对于硝氮还原，极板间距通常为1.5-2.7cm。上述间距对于不 同废水会有小幅度波动。如间距过大，电压升高，能耗增大；间距过小，阴阳 极会有离子基团影响，降低反应效率。
82.(2)多级腔室能实现连续处理带来的有益效果：一是对比轮转法，连续处 理的工艺更加简单，工业放大化更加简便，占地更小；二是同一批废水，同等 处理量，电流效率一定时，多级数量适当增加，能降低能耗。例如两对电极能 耗：电流200a*电压3.2v*多级数量2＝1280w，当换成4片时，电流100a*电 压2.9v*4＝1160w，这是由于电流效率一定，增加片数，导致单片电流下降， 同一批废水电解的电压也会随之下降，最后导致能耗降低。
83.(3)单腔室腔体尺寸选择：单腔室腔体的大小，决定了废水在每个单腔室 内的停留时间，从而影响电解效率。如单腔室腔体过小，废水停留时间过短， 则反应时间过短，催化降解反应很难进行彻底，而且散热不便，减少催化剂寿 命；如单腔室腔体过大，则反应器占地面积太大，后期不易实现规模化放大。 一般腔体大小与电极极板面积以及废水处理量有关，例如电极极板面积是a平 方米，腔体体积大致在0.3-0.8a立方米左右。而处理流量越小，腔体体积越接 近0.8a立方米，处理流量越大，腔体体积越接近0.3a立方米。
84.2、对于预处理系统：
85.(1)对预处理系统的出水进行氨氮氧化时，沉淀池的ph值为9-13.6；如 对预处理系统的出水进行硝氮还原时，沉淀池的ph值为9-10。针对不同浓度 和不同种类的含氮废水，上述ph值能使电流效率在30-80％之间波动。
86.(3)预处理系统的出水硬度需≤100mg/l，可有效避免极板被杂质堵塞、 覆盖所带来的失活，能有效增加电化学反应器运行时间和电流效率。
附图说明
87.图1为实施例1至3中，电化学催化降解高盐废水中总氮的装置的结构示 意图；
88.图2为实施例5中，电化学催化降解高盐废水中总氮的装置的结构示意图；
89.图3为实施例4和实施例6至10中，电化学催化降解高盐废水中总氮的装 置的结构示意图。
90.图4为实施例1使用该装置处理废水的相关数据。
91.其中，
92.1-电化学反应系统；
93.11-直流电源；
94.12-多级单腔室电化学反应器；
95.2-预处理系统；
96.21-沉淀池；
97.211-絮凝剂桶；222-碱液桶；
98.3-加药系统；
99.31-清水桶；32-加药桶；
100.4-电控分析系统；
101.41-第一总氮在线检测仪；42-第二总氮在线检测仪；
具体实施方式
102.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方 案进行详细的描述。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创 造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
103.本发明实施例涉及一种电化学催化降解高盐废水中总氮的装置，包括：电 化学反应系统1、预处理系统2、加药系统3和电控分析系统4。
104.如图1所示，其中电化学反应系统1包括直流电源11和多级单腔室电化学 反应器12。
105.预处理系统2的出水口与电化学反应系统1的进水口连接，预处理系统2 包括沉淀池21，以及与沉淀池21连接的碱液桶211和絮凝剂桶222。
106.电控分析系统4分别与预处理系统2的进水口、电化学反应系统1的进水 口与电化学反应系统1的出水口连接。电控分析系统4包括与电化学反应器12 进水口连接的第一总氮在线检测仪41，以及与电化学反应器12出水口连接的 第二总氮在线检测仪42。
107.加药系统3位于预处理系统2的出水口与电化学反应系统1的进水口的连 接管路上，包括清水桶31和加药桶32。将沉淀池21输出的第一产水分为两股， 分别为第二产水和第三产水。第二产水占第一产水的85-95体积％，优选95体 积％，在第二产水的输送管路上设有清水桶31，第二产水输出后在清水桶31 内储存，然后进入电化学反应器12。第三产水占第一产水的5-15体积％，优选 95体积％，第三产水进入加药桶32，与加药桶32内的氯化物混合后输出，然 后与第二产水合并进入电化学反应器12。
108.根据废水中的污染物种类和含量不同，可以对上述降解装置进行简化。图 2与图3是根据废水类型不同而简化的装置图。
109.图2不含有预处理系统2和加药系统3，即原水进入清水桶31后储存，然 后直接进入电化学反应器12中进行电解，达标后进行排放。图3不含有预处理 系统2，即原水无需预处理，向原水中加药后汇合进入电化学反应器12中电解， 达标后排放。
110.实施例1
111.钠法脱硫高氮废水中氨氮含量为50-750mg/l、原水含盐量10-20％，原水 硬度为250-500mg/l。对此种废水进行处理的装置如图1。处理方法包括以下步 骤：打开原水进水总阀门，控制阀门将进水流量控制在1m3/h左右，流入沉淀 池，随后启动沉淀池。开启沉淀池自带pac加药桶，开始加药，加药量为 25gpac/h；同时打开计量泵，控制氢氧化钠溶液(质量分数为30％)以2.2-3.0l/h 的加入量缓慢进入沉淀池。沉淀池软化后的水硬度≤80mg/l，ph＝12-12.3之间， 启动进料泵分成两股，一股以950l/h的流量进入清水桶中储存，另一股以50l/h 的流量进入加药桶，加药桶加药量为0.75-11kg/h，(当后期氨氮浓度 100-200mg/l，多选用2kg/h上下波动的加药量)。随后加药桶的出水会和清水 桶中水共同进入电化学反应器进行反应，将电流调到100-800a左右进行电解， 出水经检测氨氮≤50mg/l，直接排放到指定区域。
112.(此处电化学反应器为两组3级结构，当氨氮浓度较低时，启动一组进行 电解，当氨氮浓度稍高时，同时启动两组，电极有效面积为1m2，间距1.5cm， 腔体大小为0.36m3。由于工厂废水氨氮波动较大，原水流量不稳定，加上切换 两组反应器，反应参数不固定，导致电流对应k值变化大，当c＝750mg/l， i＝800a，k值对应0.75a，当c＝50mg/l，i＝100a，k值对应0.4a)
113.工艺运行参数如表1所示。
114.表1工艺运行参数
115.条件参数条件参数操作温度(℃)0-40操作压力(atm)1原水含盐量10-20％处理量1m3/h处理前氨氮(mg/l)50-750处理后氨氮(mg/l)≤50氯化钠用量(kg/h)0.75-1130％碱液量(l/h)2.2-3.0pac用量(g/h)25电压(v)20-30阴极cu-zn合金阳极ti/ruo
2-iro2电流(a)100-800单位能耗(kwh/m3)2-24
116.使用该装置处理废水的相关数据见图4。由图4可知，此次试验共进行77 天，处理能耗起伏基本与原水氨氮波动正相关。从实验数据看，处理前氨氮浓 度基本在750mg/l以
下，当处理前氨氮浓度卡到常规的350mg/l以下时，能耗 基本在4-12kwh/m3左右波动。另外，绝大多数时候，处理后氨氮浓度基本能到 40mg/l以下。
117.实施例2
118.某股低氮废水中氨氮含量：100-300mg/l，原水含盐量10-20％，原水硬度： 250-500mg/l，对此种废水进行的处理装置如图1：
119.处理方法包括以下步骤：打开原水进水总阀门，依据流量计，控制阀门将 进水流量控制在10m3/h左右，流入沉淀池，随后启动沉淀池。开启沉淀池自带 pac加药桶，开始加药，加药量为200gpac/h；同时打开计量泵，控制碱液以 22-26l/h的加入量缓慢进入沉淀池。沉淀池软化后的水，硬度≤80mg/l， ph＝12-12.3，依据流量计与阀门，启动进料泵分成两股，一股以9.5m3/h的流量 进入清水桶中储存，另一股以0.5m3/h的流量进入加药桶，加药桶加药量为 45kg/h。随后加药桶的出水会和上一股水共同进入电化学反应器进行反应，将 直流电源电压调到220-260v，电流调到200-450a左右进行电解，出水经检测 后达标，直接排放到指定区域。
120.(此处电化学反应器为两组30级结构，当氨氮浓度较低时，启动一组进行 电解，当氨氮浓度稍高时，同时启动，电极有效面积为1m2，间距1.5cm，腔体 大小为0.3m3，当c＝300mg/l，i＝400a，k值对应0.6a，当c＝100mg/l，i＝200a， k值对应0.45a)
121.工艺运行参数如表2所示。
122.表2工艺运行参数
[0123][0124][0125]
实施例3
[0126]
某股高硬度高氨氮废水中氨氮含量：1000mg/l，原水含盐量：10％-12％， 原水硬度：3000mg/l，对此种废水进行的处理装置如图1：处理方法包括以下 步骤：打开原水阀门，控制流速以10l/h进入自制沉淀池，控制30％碱液与2g/l pac溶液同时以流速1.6ml/min进入沉淀池，沉淀后出水硬度≤100mg/l， ph＝12.5-12.9，出水进入加药桶，以180g/h左右添加量加入氯化钠，随后控制 该股水进入电化学反应器，启动直流电源，控制电流14.5a左右，电压在 13.7-14.7v之间波动。电解后的出水经检测达标，排到指定区域。
[0127]
(所述电化学反应器为4级反应器，电极有效面积200cm2，间距1.0cm。 k值(0.9
±
0.1)a。)
[0128]
工艺运行参数如表3所示。
[0129]
表3工艺运行参数
[0130]
条件参数条件参数操作温度(℃)0-40操作压力(atm)1原水含盐量10-12％处理量10l/h处理前氨氮(mg/l)950-1200处理后氨氮(mg/l)≤20氯化钠用量(g/h)150-18030％碱液量(ml/h)80-110pac用量(g/h)0.2电压(v)13.7-14.7阴极cu-zn合金阳极ti/ruo
2-iro2电流(a)14.2-15.5单位能耗(kwh/m3)19.5-22.8
[0131]
实施例4
[0132]
某股低硬度高氨氮废水中氨氮含量：1200mg/l，原水含盐量：10％-12％， 硬度≤100mg/l，对此种废水进行的处理装置如图3：
[0133]
处理方法包括以下步骤：打开原水阀门，控制流速10l/h进入加药桶，以 200g/h左右添加量加入氯化钠，同时控制30％碱液以流速1.6ml/min流入电化 学反应器(ph＝12.5-12.9)，随后控制加药桶出水进入电化学反应器，启动直流 电源，控制电流15a左右，电压在13.7-14.6v之间波动。电解后的出水经检测 达标，排到指定区域。
[0134]
(所述电化学反应器为4级反应器，电极有效面积200cm2，间距1.0cm。 k值(0.9
±
0.1)a。)
[0135]
工艺运行参数如表4所示。
[0136]
表4工艺运行参数
[0137]
条件参数条件参数操作温度(℃)0-40操作压力(atm)1原水含盐量10-12％处理量10l/h处理前氨氮(mg/l)1200-1500处理后氨氮(mg/l)≤20氯化钠用量(g/h)180-20030％碱液量(ml/h)70-80pac用量(g/h)无电压(v)13.7-14.6阴极cu-zn合金阳极ti/ruo
2-iro2电流(a)15-15.8单位能耗(kwh/m3)20.55-23.07
[0138]
实施例5
[0139]
某股低硝氮树脂水硝氮含量：400-500mg/l，ph为9-10； codcr＝1000-2000mg/l；cl-＝80000mg/l。对此种废水处理装置如图2：
[0140]
处理方法包括以下步骤：直接打开原水进水阀门，依据流量计和控制阀门， 将流量控制在5l/h。废水流入电化学反应器后，启动直流电源，将电压调到10v， 电流调到18a左右进行电解，出水监测达标，直接排放到指定区域。
[0141]
(所述电化学反应器为4级反应器，电极有效面积200cm2，间距1.0cm。 k值(0.9
±
0.1)a。)
[0142]
工艺运行参数如表5所示。
[0143]
表5工艺运行参数
[0144][0145]
实施例6
[0146]
某股高硝氮废水(为agno3废水，加葡萄糖溶液产生银镜反应，回收ag 单质后，废水剩余no
3-离子与葡萄糖大分子)硝氮含量：4500mg/l，氨氮：0mg/l， 硬度≤50mg/l，原水无色透明，ph值：7左右，对此种废水处理装置如图3：
[0147]
处理方法包括以下步骤：直接打开原水进水阀门，依据流量计和控制阀门， 将流量控制在5l/h。污水流经加药桶(加药量25g/h)后，直接进入电化学反 应器，启动直流电源，将电压控制在40v，电流控制在35a左右进行电解，出 水监测达标，直接排放到指定区域。
[0148]
(所述电化学反应器为8级反应器，电极有效面积200cm2，间距1.0cm。 k值(0.9
±
0.1)a。)
[0149]
工艺运行参数如表6所示。
[0150]
表6工艺运行参数
[0151][0152]
实施例7：
[0153]
以某股低硬度高氨氮废水为实验原水，处理装置如图3。做四组平行实验， 将沉淀池的ph值分别设置为10、11、12、13。反应条件如下：
[0154]
处理量：10l/h，原水含盐量：10％-12％，硬度≤100mg/l，处理前氨氮： 1200mg/l，处理后氨氮≤20mg/l，操作条件：常温常压。
[0155]
处理方法包括以下步骤：打开原水阀门，控制以10l/h流速进入加药桶， 以200g/h左右添加量加入氯化钠，同时控制30％碱液以流速1.6ml/min流入电 化学反应器，随后控制加药桶出水进入电化学反应器，启动直流电源，控制电 流15-30a左右，电压在14.1-15.7v之间波动。电解后的出水经检测达标，排 到指定区域。
[0156]
(所述电化学反应器为4级反应器，电极有效面积200cm2，间距1.0cm。 变更参数进
行试验，k值变化太大，理论指导作用不强，后续实例皆不列举)
[0157]
工艺运行参数如表7所示。
[0158]
表7工艺运行参数
[0159][0160][0161]
上述结果表明，ph值对电流效率影响很大，最终导致单位能耗差距颇大。ph值需要适宜的区间才能更好的节能电解。
[0162]
补充说明：氨氮浓度1200-1500mg/l，在工艺参数7条件下，ph接近13 是最合适的，但是由于氨氮反应需消耗一定量的oh-，当条件不变，氨氮浓度 降低时，相应的ph值需要对应降低。通常氨氮浓度降低一半，ph＝13对应的 0.1摩尔oh-也降低一半，成为0.05摩尔oh-(ph＝12.7)，两者呈对应关系。
[0163]
实施例8
[0164]
以某股低硬度高氨氮废水为实验原水：处理装置如图3。做四组平行实验， 若氨氮浓度是amg/l，加药桶输出的氯化物添加量分别是0、0.01ag/l、 0.02ag/l、0.03ag/l。反应条件如下：
[0165]
处理量：10l/h，原水含盐量：10％-12％，硬度≤100mg/l，处理前氨氮： 1200mg/l，处理后氨氮≤20mg/l，操作条件：常温常压。
[0166]
处理方法包括以下步骤：打开原水阀门，控制流速10l/h进入加药桶，以 200g/h左右添加量加入氯化钠，同时控制30％碱液以流速1.6ml/min流入电化 学反应器(ph＝12.5-12.9)，随后控制加药桶出水进入电化学反应器，启动直流 电源，控制电流15a左右，电压在14.2-30.0v之间波动。电解后的出水经检测 达标，排到指定区域。
[0167]
(所述电化学反应器为4级反应器，电极有效面积200cm2，间距1.0cm。)
[0168]
工艺运行参数如表8所示。
[0169]
表8工艺运行参数
[0170][0171][0172]
上述测试结果说明，随着氯化物用量增加，电流和单位能耗显著降低。但 当氯化物含量为0.02a后，继续增加氯化物的加入量对电流和单位能耗的降低 就几乎没有影响了，反而增加加药成本和后续处理难度。表现为产水中的氯化 物浓度升高，后续分盐同样增加处理成本。
[0173]
实施例9
[0174]
以某股低硬度高氨氮废水为实验原水：处理装置如图3，做三组平行实验， 分别以cu-zn合金、钛板、不锈钢板作为阴极极板。反应条件如下：
[0175]
处理量：10l/h，原水含盐量：10％-12％，硬度≤100mg/l，处理前氨氮： 1200mg/l，处理后氨氮≤20mg/l，操作条件：常温常压。
[0176]
处理方法包括以下步骤：打开原水阀门，控制流速10l/h进入加药桶，以 200g/h左右添加量加入氯化钠，同时控制30％碱液以流速1.6ml/min流入电化 学反应器(ph＝12.5-12.9)，随后控制加药桶出水进入电化学反应器，启动直流 电源，控制电流15a左右，电压在14.2-18.1v之间波动。电解后的出水经检测 达标，排到指定区域。(所述电化学反应器为4级反应器，电极有效面积200cm2， 间距1.0cm。)
[0177]
工艺运行参数如表9所示。该结果说明与钛板和不锈钢板相比，使用铜合 金作为阴极电极，具有最低的电流和单位能耗。
[0178]
表9工艺运行参数
[0179]
条件参数条件参数操作温度(℃)0-40操作压力(atm)1原水含盐量10-12％处理量10l/h处理前氨氮(mg/l)1200-1500处理后氨氮(mg/l)≤20氯化钠用量(g/h)180-20030％碱液量(ml/h)70-80pac用量(g/h)无阳极ti/ruo
2-iro2[0180]
阴极材质电压(v)电流(a)单位能耗(wh/l)铜合金14.31521.5钛板15.815.424.3
不锈钢板17.9-1816.529.6
[0181]
实施例10
[0182]
以某股低硬度高氨氮废水为实验原水：处理装置如图3。做五组平行实验， 分别以间距：5.0mm、10.0mm、15.0mm、20.0mm、30.0mm作为阴极极板和阳 极极板之间的间距。反应条件如下：
[0183]
处理量：10l/h，原水含盐量：10％-12％，硬度≤100mg/l，处理前氨氮： 1200mg/l，处理后氨氮≤20mg/l，操作条件：常温常压。
[0184]
处理方法包括以下步骤：打开原水阀门，控制流速140l/h进入加药桶，以 2.1kg/h左右添加量加入氯化钠，同时控制30％碱液以流速19ml/min流入电化 学反应器(ph＝12.5-12.9)，随后控制加药桶出水进入电化学反应器，启动直流 电源，控制电流350a左右，电压在7.8-9.8v之间波动。电解后的出水经检测 达标，排到指定区域。(所述电化学反应器为2级反应器，电极有效面积 5000cm2。)
[0185]
工艺运行参数如表10所示。其中5mm的间距太小，组装时，由于极板加 工的结果没有理想中平整，极板放大后有弧度，所以个别位置间距远小于5mm， 这种条件下极易短路，所以该间距直接放弃。30mm是由于极距略高，同等电 流下电压偏大，当多级数量上涨时，累计的电压也会也会使能耗上升很多，所 以暂不选择。
[0186]
表10工艺运行参数
[0187]
条件参数条件参数操作温度(℃)0-40操作压力(atm)1原水含盐量10-12％处理量10l/h处理前氨氮(mg/l)1200-1500处理后氨氮(mg/l)≤20氯化钠用量(kg/h)2.130％碱液量(l/h)1.0-1.2阴极cu-zn合金阳极ti/ruo
2-iro2pac用量(g/h)无
ꢀꢀ
[0188]
极板间距(mm)电压(v)电流(a)单位能耗(wh/l)5.08.037021.110.08.43502115.08.83502220.09.035022.530.09.635024
[0189]
实施例11
[0190]
以某股低硬度高氨氮废水为实验原水：处理装置如图3，做三组平行实验， 若极板面积是a平方米，反应器单腔室体积分别为：0.1a立方米、0.4a立方 米、0.7a立方米。反应条件如下：
[0191]
处理量：140l/h，原水含盐量：10％-12％，硬度≤100mg/l，处理前氨氮： 1200mg/l，处理后氨氮≤20mg/l，操作条件：常温常压。
[0192]
处理方法包括以下步骤：打开原水阀门，控制流速140l/h进入加药桶，以 2.5kg/h左右添加量加入氯化钠，同时控制30％碱液以流速19ml/min流入电化 学反应器(ph＝12.5-12.9)，随后控制加药桶出水进入电化学反应器，启动直流 电源，控制电流350a左右，
电压在8.5-9.5v之间波动。电解后的出水经检测 达标，排到指定区域。(所述电化学反应器为4级反应器，电极有效面积200cm2， 间距1.5cm。)
[0193]
工艺运行参数如表11所示。其中单腔室体积为0.1a立方米时，长时间运 行，会由于散热不佳等原因发生阳极催化剂脱落，导致出水变色，需要过早更 换极板，对工业化生产不利。当单腔室体积为0.7a立方米时，后续规模放大化 占地较大，不易在工厂中找到合适的空间。
[0194]
表11工艺运行参数
[0195][0196]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应 以所述权利要求的保护范围为准。