一種處理水中硝酸鹽的電解裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種處理水中硝酸鹽的電解裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水構(gòu)成了自然界的水文循環(huán)，也是人類(lèi)生存必不可少的物質(zhì)。世界范圍內(nèi)水中硝酸鹽的污染已經(jīng)呈現(xiàn)出日益嚴(yán)重的趨勢(shì)，我國(guó)的情況更不容樂(lè)觀。過(guò)量含氮化肥的使用、生活污水和工業(yè)廢水的不達(dá)標(biāo)排放、污水的不合理灌溉、固體廢棄物的淋濾下滲以及大氣中氮氧化物的干濕沉降等都會(huì)導(dǎo)致水被硝酸鹽污染。長(zhǎng)期飲用含高硝酸鹽氮的水將對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。雖然硝酸鹽本身毒性很低，但是攝入人體內(nèi)的硝酸鹽可在口腔、腸道以及胃中酶的作用下被還原為亞硝酸鹽，而亞硝酸鹽的毒性為硝酸鹽毒性的11倍。亞硝酸鹽易與血紅蛋白反應(yīng)形成高鐵血紅蛋白，影響血液對(duì)氧的傳輸能力，導(dǎo)致嬰兒易患高鐵血紅蛋白癥(藍(lán)嬰癥)；亞硝酸鹽在胃中能形成高度致癌的亞硝胺和亞硝酰氨，并引發(fā)誘變；在較大劑量時(shí)，亞硝酸鹽還對(duì)人體血管神經(jīng)和心血管系統(tǒng)存在不良的影響。世界衛(wèi)生組織規(guī)定飲用水中硝酸鹽單濃度不超過(guò)10mg/L，推薦標(biāo)準(zhǔn)為5mg/L。我國(guó)2012年7月起正式執(zhí)行的新《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》也規(guī)定飲用水中硝酸鹽氮的含量不超過(guò)10mg/L。因此，必須對(duì)含過(guò)量硝酸鹽的水進(jìn)行處理，以保證供水安全。
[0003]目前對(duì)含硝酸鹽水的處理技術(shù)主要包括物理法、化學(xué)法和生物法。物理法主要是通過(guò)膜分離技術(shù)和離子交換技術(shù)，本質(zhì)是將no3_轉(zhuǎn)移和濃縮，并未真正做到無(wú)害化處理，該技術(shù)最大的缺點(diǎn)是存在廢液的排放問(wèn)題?；瘜W(xué)法是利用還原劑去除硝酸鹽氮，但是該技術(shù)很難將硝酸鹽氮完全轉(zhuǎn)化為無(wú)害的氮?dú)?，且?huì)產(chǎn)生金屬離子、金屬氧化物等導(dǎo)致的二次污染。生物法是利用微生物的反硝化作用，但是脫氮過(guò)程較慢，處理不完全時(shí)會(huì)釋放NO2' NOx和N2O,同時(shí)產(chǎn)生大量的生物污泥需要后續(xù)處理。
[0004]電化學(xué)還原法可以在不外加任何還原劑的條件下，利用電子作為潔凈的氧化還原反應(yīng)參與物，直接或間接地進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化，最終將硝酸鹽離子還原為氮?dú)?，從而降解轉(zhuǎn)化污染物。該方法不僅反應(yīng)速度快、設(shè)備易于管理維護(hù)，而且無(wú)剩余污泥和廢液副產(chǎn)物產(chǎn)生，具有潛在的經(jīng)濟(jì)性和對(duì)小型或分散給水處理的適應(yīng)性。但目前該方法存在催化劑的活性和選擇性難以控制的問(wèn)題，有可能由于催化作用不完全而形成NO”或由于還原作用過(guò)強(qiáng)而形成NH3、NH4+等副產(chǎn)物，限制了其實(shí)用性。
[0005]為了克服現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，本實(shí)用新型提出了一種新穎的處理水中硝酸鹽的電解
目.ο
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種處理水中硝酸鹽的電解裝置，通過(guò)其中兩個(gè)電源的交替通斷電，使陰極極板交替出現(xiàn)在NO3-高濃度富集區(qū)，從而使電極反應(yīng)效率更高。
[0007]為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0008]本實(shí)用新型提供了一種處理水中硝酸鹽的電解裝置，其包括
[0009]電解槽，其包括位于所述電解槽中部的陰極室11以及分別位于所述電解槽兩側(cè)的第一陽(yáng)極室10和第二陽(yáng)極室12 ;其中所述第一陽(yáng)極室10通過(guò)第一離子交換膜5與所述陰極室11隔開(kāi)，所述第二陽(yáng)極室12通過(guò)第二離子交換膜6與所述陰極室11隔開(kāi)；
[0010]4個(gè)電極極板，包括位于所述第一陽(yáng)極室10中的第一陽(yáng)極極板1、位于所述第二陽(yáng)極室12中的第二陽(yáng)極極板4、位于所述陰極室11中且靠近所述第二離子交換膜6的第一多孔陰極極板3和位于所述陰極室11中且靠近所述第一離子交換膜5的第二多孔陰極極板2 ；
[0011]2個(gè)電源，均位于所述電解槽外，分別為第一電源8和第二電源9 ;其中所述第一電源8的正極與所述第一陽(yáng)極極板I相連，負(fù)極與所述第一多孔陰極極板3相連；所述第二電源9的正極與所述第二陽(yáng)極極板4相連，負(fù)極與所述第二多孔陰極極板2相連。
[0012]其中，優(yōu)選地，所述第一多孔陰極極板3和所述第二多孔陰極極板2均為鈦極板，該鈦極板在使用前首先用NaOH除油，然后用草酸除氧化膜。所述第一陽(yáng)極極板I和所述第二陽(yáng)極極板4均為復(fù)合陽(yáng)極，其為在鈦極板上先沉積SnOJP Sb再沉積PbO 2后所得到的陽(yáng)極。各陰極極板和各陽(yáng)極極板均分別通過(guò)電線與電源連接。其中所述第一電源8和第二電源9均為直流穩(wěn)壓電源，有效電壓為0-35V，有效電流為0-3A。所述第一電源8和所述第二電源9可以獨(dú)立地開(kāi)閉。
[0013]在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述處理水中硝酸鹽的電解裝置還包括位于所述電解槽底部的進(jìn)水口和位于所述電解槽頂部的出水口。
[0014]在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述處理水中硝酸鹽的電解裝置還包括位于所述電解槽頂部的出氣口。
[0015]在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述電解槽的形狀為長(zhǎng)方體、正方體或圓柱體。
[0016]本實(shí)用新型的處理水中硝酸鹽的電解裝置工作原理如下:
[0017]通過(guò)位于所述電解槽底部的進(jìn)水口向所述陰極室11中持續(xù)注入待處理的含有硝酸鹽的廢水，然后交替接通所述第一電源8和所述第二電源9。以先接通所述第一電源8為例，接通所述第一電源8后，所述陰極室11中的N03_部分會(huì)在所述第一多孔陰極極板3上被還原，而大部分會(huì)在電場(chǎng)的作用下向所述第一陽(yáng)極極板I運(yùn)動(dòng)而被所述第一離子交換膜5阻擋從而富集在所述第一離子交換膜5位于所述陰極室11中的一側(cè)；與此同時(shí)，所述第一陽(yáng)極室10中的電解液為氯鹽溶液，其中的Cr被氧化為(:12，(:12遇水即快速生成HC10，同時(shí)，在電解過(guò)程中，所述第一陽(yáng)極極板I表面可產(chǎn)生羥基自由基。通電一段時(shí)間后，斷開(kāi)所述第一電源8，接通所述第二電源9，此時(shí)富集在所述第一離子交換膜5周?chē)腘O3-快速地在所述第二多孔陰極極板2上得到電子被還原成氮?dú)?、亞硝酸鹽或者氨，未被還原的N03_又在電場(chǎng)的作用下向所述第二陽(yáng)極極板4運(yùn)動(dòng)而被所述第二離子交換膜6阻擋而富集在所述第二離子交換膜6位于所述陰極室11中的一側(cè)；此時(shí)再斷開(kāi)所述第二電源9，接通所述第一電源8，周而復(fù)始。同時(shí)，在電解過(guò)程中，還可以通過(guò)導(dǎo)管將處于第一或第二陽(yáng)極室中的電解液導(dǎo)入所述陰極室11中，利用所述電解液中的HClO以及羥基自由基的強(qiáng)氧化性將所述陰極室11中的副產(chǎn)物氨氮和亞硝酸鹽迅速氧化為無(wú)害的N2。生成的氣體可以通過(guò)位于所述電解槽頂部的出氣口排出。
[0018]本實(shí)用新型的電解裝置工作過(guò)程中完全去除硝酸鹽時(shí)的反應(yīng)式如下:
[0019]陰極反應(yīng):
[0020]N03>2e>H20 — N02>20F (I)
[0021]N03>5e>3H20 — l/2N2+60r (2)
[0022]N02>6e>5H20 — ΝΗ3+70Γ (3)
[0023]2N02>6e>4H20 — N2+80F (4)
[0024]陽(yáng)極反應(yīng):
[0025]2Cr— Cl 2+2e_ (5)
[0026]陽(yáng)極室中反應(yīng):C12+20H-—C1(T+Cr+H20(6)
[0027]陰極室中反應(yīng):2NH3+3C10_—3C1 _+N2+3H20 (7)
[0028]本實(shí)用新型取得的有益效果:
[0029]1、本實(shí)用新型的電解裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)巧妙且操作方便，同時(shí)經(jīng)過(guò)本實(shí)用新型處理后的含硝酸鹽的廢水出水水質(zhì)好，不再需要沉淀裝置，可節(jié)省二次處理成本，所有的處理均在該裝置中進(jìn)行無(wú)需其他輔助裝置即可以有效去除水中的硝酸鹽。
[0030]2、本實(shí)用新型的電解裝置在電解去除硝酸鹽的同時(shí)，還可以利用陽(yáng)極產(chǎn)生的羥基自由基和HClO這些具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)將陰極產(chǎn)生的副產(chǎn)物氨氮迅速氧化為N2，達(dá)到了無(wú)害化去除硝酸鹽的目的。
[0031]3、本實(shí)用新型的電解裝置利用兩個(gè)電源交替通斷電的形式，避免了現(xiàn)有技術(shù)中已有的處理硝酸鹽的電解裝置在通電后只有部分N03_可在陰極被還原，而大部分NO 3_在電場(chǎng)的作用下移至陽(yáng)極無(wú)法繼續(xù)還原的弊端；并且