一种过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统及方法

本发明属于电化学水处理，尤其涉及一种过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统及方法。

背景技术：

1、在如今绝大多数类型的污水中普遍含有硝酸盐污染物。目前能实现污水中硝酸盐有效脱除的方法最常用的为生物法，如活性污泥法中典型的a/o、a/a/o工艺，氧化沟工艺等。生物法利用微生物自身的生长代谢作用，通过反硝化过程将硝酸盐氮转化为氮气，实现水体氮元素的脱除。生物法工艺条件成熟，设备运行维护简单方便，处理效果理想；但其效率不高，水力停留时间较长，构筑物体积大，占地面积广；对水质条件具有一定要求，需要调控碳氮比，针对有机物浓度较低的污水还需添加碳源，容易造成资源浪费。离子交换法、电渗析、反渗透或催化还原等技术可以作为深度处理技术进一步削减工业污水二级生化出水中的硝酸盐，使其达到排放标准。其中电渗析、反渗透等膜分离深度处理工艺脱除硝酸盐的效率高，效果好，但同时存在成本高昂，过滤过程中产生的浓水难处理的问题。另一方面，这些技术仅仅实现了硝酸盐的浓缩转移，不能从根本上解决硝酸盐污染的问题。而催化还原技术则可以实现硝酸盐还原转化为氮气或更低价态的氨氮，彻底实现硝酸盐的还原脱除。

2、近年来，电化学催化还原硝酸盐的水处理技术得到国内外学者的广泛研究。与其它催化还原技术相比，电催化还原技术的作用条件温和，可控性强，且容易实现自动化管理，在实际推广应用中具有较大潜力。此外，有关再生水回用以及某些特殊用途回用水，对于出水硝酸盐含量要求高，电化学处理可实现硝酸盐含量降低至3 mg/l（以氮计）以下，为深度处理提供一种新的方向。

3、但应用于还原脱除硝酸盐的现有电化学技术易受到污水中溶解氧的干扰，尤其是一些工业污水中溶解氧含量高，硝酸盐电化学还原的中间体，如亚硝酸盐、一氧化氮、氧化亚氮等，均易被溶解氧氧化，从而极大阻碍了硝酸盐的电还原脱除进程，致使硝酸盐的脱除效率低。

4、综上所述，目前还缺乏一种脱除效率高的过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统及方法。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种脱除效率高的过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统及方法，本发明以可电催化还原硝酸盐的金属过滤阴极板及过滤阴极板上产生的微纳米气泡为核心，构建了一种连续过滤流模式的电化学水处理系统，并在实际运行的过程中取得了令人满意的结果。本发明将电催化系统的还原脱除硝酸盐与曝气原理结合起来，实现了一体化曝气除氧电催化脱除硝酸盐，并且采用的过滤式电极相较于传统的电催化工艺，极大的增加了电极的有效反应面积，进一步增强了硝酸盐的脱除效果。

2、本发明的第一个目的在于提供一种过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统，包括过滤式电化学反应器本体；

3、过滤阳极板，所述过滤阳极板上设置第一接线柱；

4、过滤阴极板，所述过滤阴极板与所述过滤阳极板相对设置，所述过滤阴极板上设置第二接线柱；

5、电源，所述电源的正极连接所述第一接线柱，所述电源的负极连接所述第二接线柱；

6、其中，所述过滤阳极板为网状电极材料，所述过滤阴极板为多孔电极材料。

7、进一步地，所述过滤阳极板与所述过滤阴极板的间距为1~3cm。

8、进一步地，还包括进水池和出水池；

9、所述过滤式电化学反应器本体靠近所述过滤阳极板一侧设置出水口，第一连接管道的一端连接所述出水口，另一端连接所述出水池；

10、所述过滤式电化学反应器本体靠近所述过滤阴极板一侧设置进水口，第二连接管道的一端连接所述进水口，另一端连接所述进水池。

11、进一步地，所述过滤阳极板的材质为sno2-sb-ti、β-pbo2-ti、γ-ti3o5、bdd中的一种。

12、进一步地，所述过滤阴极板的材质为ti、cu2o、cu中的一种。

13、进一步地，所述过滤阴极板的孔径为微纳米级，所述过滤阴极板的孔径小于所述过滤阳极板的孔径。

14、进一步地，所述第一连接管道和/或所述第二连接管道连接蠕动泵。

15、进一步地，还包括密封法兰，所述密封法兰设于所述过滤式电化学反应器本体的内周壁上。

16、本发明的第二个目的在于提供一种过滤式内源除氧的硝酸盐脱除方法，包括如下步骤：

17、步骤s1，提供根据上述任一项所述的过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统，所述系统包括过滤式电化学反应器本体、过滤阳极板、过滤阴极板和电源，所述过滤阳极板上设置第一接线柱，所述过滤阴极板与所述过滤阳极板相对设置，所述过滤阴极板上设置第二接线柱，所述电源的正极连接所述第一接线柱，所述电源的负极连接所述第二接线柱，所述过滤阳极板为网状电极材料，所述过滤阴极板为多孔电极材料；

18、步骤s2，将待处理污水导入所述过滤式电化学反应器本体内；

19、步骤s3，开启电源，对待处理污水进行处理。

20、进一步地，所述电源为直流稳压电源，所述电源的电流密度为10~50ma/cm2，所述系统的水流通量为1~30l/m2/min，所述系统内的待处理污水的停留时间为10~120min。

21、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

22、1、本发明实施例的系统巧妙地将电催化还原处理和曝气原理相结合，利用过滤阴极的多孔结构和气体产物，成功以内源曝气除氧的方式替代了传统的外置曝气装置的曝气除氧方式，实现了一体化曝气除氧电催化脱除硝酸盐,并防止阳极产生氧气返混产生不利影响，不仅简化了电还原脱除硝酸盐工艺的操作过程，更是极大的降低了工艺的运行成本，拓展了电化学水处理技术的应用范围，为电化学水处理技术的发展提供新的方向。

23、2、本发明实施例的过滤阴极板孔径小于过滤阳极板孔径，以促使由过滤阴极板产生的多余内源气泡能顺利通过过滤阳极板，避免过滤阳极板对多余气泡的截留团聚作用。

技术特征：

1.一种过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统，其特征在于，所述过滤阳极板（2）与所述过滤阴极板（1）的间距为1~3cm。

3.根据权利要求1所述的过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统，其特征在于，还包括进水池（5）和出水池（6）；

4.根据权利要求1所述的过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统，其特征在于，所述过滤阳极板（2）的材质为sno2-sb-ti、β-pbo2-ti、γ-ti3o5、bdd中的一种。

5.根据权利要求1所述的过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统，其特征在于，所述过滤阴极板（1）的材质为ti、cu2o、cu中的一种。

6.根据权利要求5所述的过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统，其特征在于，所述过滤阴极板（1）的孔径为微纳米级，所述过滤阴极板（1）的孔径小于所述过滤阳极板（2）的孔径。

7.根据权利要求3所述的过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统，其特征在于，所述第一连接管道（14）和/或所述第二连接管道（12）连接蠕动泵（4）。

8.根据权利要求1所述的过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统，其特征在于，还包括密封法兰（7），所述密封法兰（7）设于所述过滤式电化学反应器本体（13）的内周壁上。

9.一种过滤式内源除氧的硝酸盐脱除方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电源（3）为直流稳压电源，所述电源（3）的电流密度为10~50ma/cm2，所述系统的水流通量为1~30l/m2/min，所述系统内的待处理污水的停留时间为10~120min。

技术总结本发明涉及一种过滤式内源除氧的硝酸盐脱除系统及方法。该系统包括过滤式电化学反应器本体、过滤阳极板、过滤阴极板和电源，过滤阳极板上设置第一接线柱，过滤阴极板与过滤阳极板相对设置，过滤阴极板上设置第二接线柱，电源的正极连接第一接线柱，电源的负极连接第二接线柱，过滤阳极板为网状电极材料，过滤阴极板为多孔电极材料。本发明实施例的电解系统以内源曝气除氧的方式替代了传统的外置曝气装置的曝气除氧方式，实现了一体化曝气除氧电催化脱除硝酸盐，防止阳极产生氧气返混产生不利影响，不仅简化了电还原脱除硝酸盐工艺的操作过程，降低了工艺的运行成本，拓展了电化学水处理技术的应用范围，为电化学水处理技术的发展提供新的方向。技术研发人员：马金星,吴宇峰,杨奎,杨文剑,赖杨钰,祖道远,杨志峰受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11