一种电化学耦合沸石吸附的快速脱除城市污水厂出水氨氮的方法

摘要

一种电化学耦合沸石吸附的快速脱除城市污水厂出水氨氮的方法，它涉及一种城市污水厂出水氨氮的深度处理方法。它为了解决现有氨氮的深度处理存在操作运行复杂、成本高、二次污染的问题。方法：一、城市污水处理厂的出水收集后进入储水池；二、储水池的出水通过蠕动泵进入装填有沸石的耦合电化学反应器中进行处理；三、耦合电化学反应器里将氨氮转化成氮气，从而去除水溶液和沸石上的氨氮即完成。本发明处理后出水可达国家城市污水处理厂一级A的排放标准(GB18918-2002)。本发明操作简单易行，装置灵活可变，可短时间内将氨氮氧化成氮气，无二次污染，无需额外添加电解质，不受温度变化影响，并且反应器中的沸石无需再生，成本低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种城市污水厂出水氨氮的深度处理方法。

背景技术

目前，城市污水处理厂最普遍的污水脱氮技术是生物法，即通过氨化菌、硝化菌和反 硝化菌等微生物的一系列作用，最终使水中的溶解性氮类转化成氮气，从而实现氮的生物 去除。为减少受纳水体的营养物的负担，国家规定所有的城市污水处理厂都需提标改造， 从之前的二级标准提高到一级A或B，现有的生物法运行如控制恰当，可实现污水出水 的一级B标准，但如仅用生物法处理，一般难以达到一级A的标准。国家标准规定，当 污水处理厂出水进入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和回用水等用途时，需执行一 级A的标准。同时，由于微生物受温度、pH值和溶解氧的要求较为严格，因此，环境条 件的变化(如冬季运行时，环境温度在10℃左右)将使微生物活性降低，直接导致出水 中氨氮浓度升高，若按惯例直接排放，将造成受纳水体氨氮等营养物质增多，导致富营养 化的情况出现。所以通常在生物法后需要进行进一步的深度处理。目前对于氨氮的深度处 理方法有：化学预氧化/曝气生物滤池的耦合技术、膜处理技术、人工湿地、离子交换法 和沸石吸附法，这几种方法在处理氨氮废水时有各自的优点，但也存在一定的问题，如生 物法中仍受到温度的限制，在低温条件下有机物和氨氮的处理效果仍不佳，膜处理法虽不 受温度的影响，但因其费用较高，产生浓水，且存在膜污染等亟待解决问题，单独的离子 交换工艺和沸石吸附法都面临吸附剂再生的难题，所以在冬季生物法效率低下的情况下， 仍需要寻找一种占地面积小、可灵活操作、无二次污染的氨氮深度处理技术。

发明内容

本发明目的是为了解决现有氨氮的深度处理存在操作运行复杂、成本高、二次污染的 问题，而提供的一种电化学耦合沸石吸附的快速脱除城市污水厂出水氨氮的方法。

电化学耦合沸石吸附的快速脱除城市污水厂出水氨氮的方法按以下步骤进行：

一、城市污水处理厂的出水收集后进入储水池；

二、储水池的出水通过蠕动泵进入装填有沸石的耦合电化学反应器中，启动电源，进 水方式从下进上处，并且从阴极一侧进入，阳极一侧溢出，保证氨氮和沸石及极板的最大 程度的接触；

三、在耦合电化学反应器里面出水中的Cl^-被阳极所产生的电子氧化成Cl₂，生成的 Cl₂和水溶液接触生成HOCl或OCl^-，HOCl或OCl^-做为强氧化剂将和沸石上吸附的氨氮 进行折点氯化的反应，将氨氮转化成氮气，从而去除水溶液和沸石上的氨氮，进而达到降 低污水中氨氮的目的；

四、在取样口，定时监控和检测反应器对氨氮的去除情况，以便更好的调试反应器的 运行；

其中步骤二中耦合电化学反应器的电极为平板型，沸石装填在阴极和阳极之间，装填 量为耦合电化学反应器容积的40％；

步骤二中耦合电化学反应器中循环流量为100mL/min，电化学电流密度为 1-5mA/cm²，水利停留时间为20-60min。

本发明电化学耦合沸石吸附的快速脱除城市污水厂出水氨氮的方法，与现有的其他典 型氨氮深度处理工艺相比，优点如下：

出水经过本发明中的电化学处理后氨氮浓度可小于5mg/L，可达到国家城市污水处理 厂一级A的排放标准(GB18918-2002)。

本发明中的耦合电化学反应器用于水温8-20℃之间的废水处理上，结果发现，实施 20分钟后，氨氮去除率均可达70％，且处理方法不受温度变化影响，说明本发明即使在 低温条件下仍可实现较好的除氨氮的效果，适用于解决低温条件下城市污水处理厂出水氨 氮难达标的难点问题，也适用于污水回用工程的需要。

同时，本发明操作简单易行，装置灵活可变，可短时间内将氨氮氧化成氮气，无二次 污染，无需额外添加电解质，并且反应器中的沸石无需再生，并且取样口的设置可随时判 断氨氮的处理情况，以便更好的掌控反应的运行时间，节约电能，降低成本。

附图说明

图1为具体实施方式一中电化学耦合沸石吸附的快速脱除城市污水厂出水氨氮的工 艺原理示意图，其中1为储水池、2为蠕动泵、3为电化学反应器、4为沸石、5为电源、 6为取样口。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意 组合。

具体实施方式一：结合图1所示，本实施方式电化学耦合沸石吸附的快速脱除城市污 水厂出水氨氮的方法按以下步骤进行：

一、城市污水处理厂的出水收集后进入储水池1；

二、储水池1的出水通过蠕动泵2进入装填有沸石4的耦合电化学反应器3中，启动 电源5，进水方式从下进上处，并且从阴极一侧进入，阳极一侧溢出，保证氨氮和沸石及 极板的最大程度的接触；

三、在耦合电化学反应器3里面出水中的Cl^-被阳极所产生的电子氧化成Cl₂，生成的 Cl₂和水溶液接触生成HOCl或OCl^-，HOCl或OCl^-做为强氧化剂将和沸石上吸附的氨氮 进行折点氯化的反应，将氨氮转化成氮气，从而去除水溶液和沸石上的氨氮，进而达到降 低污水中氨氮的目的，即完成电化学耦合沸石吸附的快速脱除城市污水厂出水氨氮；

其中步骤二中耦合电化学反应器3的电极为平板型，沸石装填在阴极和阳极之间，装 填量为耦合电化学反应器容积的40％；

步骤二中耦合电化学反应器3中循环流量为100mL/min，电化学电流密度为 1-5mA/cm²，水利停留时间为20-60min。

本实施方式中在耦合电化学反应器3后设置取样口6，目的是定时监控和检测反应器 对氨氮的去除情况，以便更好的调试反应器的运行。

本实施方式中耦合电化学反应器3可利用待处理水中自身的氯离子循环(Cl^-→Cl₂→ OCl^-→Cl^-)，在电量存在的情况下不断给氨氮氧化提供氧化剂，使氨氮得到去除。

本实施方式中耦合电化学反应器3在除去水中氨氮的同时，可使反应器中的沸石得到 再生，省去沸石再生的步骤。

本实施方式中沸石的添加可大大提高氨氮在短时间内的降解效果。常规的电化学反应 器在电导率较低的溶液中对氨氮的降解效率不高，如需提高降解效率，需额外添加电解质。 本实施方式中通过沸石的添加可在不投入电解质的情况下，使氨氮在短时间内得到快速的 去除。

本实施方式中耦合电化学反应器3采用可拆卸的方式，方便检查反应器中沸石的情 况。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中耦合电化学反应器 3的电极阳极为表面涂覆RuO₂、IrO₂和SnO₂的多金属复合Ti电极，电极阴极为Ti网。 其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二中耦合电化学反 应器3中循环流量为100mL/min，电化学电流密度为3mA/cm²，水利停留时间为30min。 其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中沸石4 的个体高度为7.5cm，沸石的粒径为20-40目，比表面积为10-60m²/g。其它步骤及参数 与具体实施方式一至三之一相同。

实施例：

结合图1所示，电化学耦合沸石吸附的快速脱除城市污水厂出水氨氮的方法按以下步 骤进行：

一、城市污水处理厂的出水收集后进入储水池1；

二、储水池1的出水通过蠕动泵2进入装填有沸石4的耦合电化学反应器3中，启动 电源5，进水方式从下进上处，并且从阴极一侧进入，阳极一侧溢出，保证氨氮和沸石及 极板的最大程度的接触；

三、在耦合电化学反应器3里面出水中的Cl^-被阳极所产生的电子氧化成Cl₂，生成的 Cl₂和水溶液接触生成HOCl或OCl^-，HOCl或OCl^-做为强氧化剂将和沸石上吸附的氨氮 进行折点氯化的反应，将氨氮转化成氮气，从而去除水溶液和沸石上的氨氮，进而达到降 低污水中氨氮的目的，即完成电化学耦合沸石吸附的快速脱除城市污水厂出水氨氮；

其中步骤二中耦合电化学反应器3的电极为平板型，沸石装填在阴极和阳极之间，装 填量为耦合电化学反应器容积的40％；

步骤二中耦合电化学反应器3中循环流量为100mL/min，电化学电流密度为 5mA/cm²，水利停留时间为20min。

本实施例中步骤二中耦合电化学反应器3的电极阳极为表面涂覆RuO₂、IrO₂和SnO₂的多金属复合Ti电极，电极阴极为Ti网；步骤二中沸石4的个体高度为7.5cm，沸石的 粒径为30目，比表面积为40m²/g。

本实施例中城市污水处理厂的出水，以哈尔滨市冬季污水处理厂出水为例(水温在 7-12℃之间)，城市污水经过格栅、初沉池、生物处理和二沉池的处理后，氨氮平均浓度 为20mg/L。出水经过本实施例中的电化学处理后出水氨氮浓度可小于5mg/L，可达到国 家城市污水处理厂一级A的排放标准(GB18918-2002，水温小于12℃时一级A标准为 8mg/L)。

本实施例中的耦合电化学反应器用于水温8-20℃之间的废水处理上，结果发现，实 施20分钟后，出水氨氮去除率均可达70％，说明本实施例中的处理方法不受温度变化影 响，即使在低温条件下仍可实现较好的除氨氮的效果，适用于解决低温条件下城市污水处 理厂氨氮难达标的难点问题。