公布日：2023.03.10
申请日：2022.11.22
分类号：C02F1/78(2023.01)I;C02F1/76(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F1/461(2023.01)I;C02F1/467(2023.01)I;C02F101/38(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种含盐有机废水一体化除碳脱氮装置，属于废水处理技术领域，该装置包括反应器和配套设备；所述反应器为含盐有机废水提供除碳脱氮反应场所；所述配套设备包括臭氧发生器、进水水质检测仪器、低压直流电源、第一控制系统和第二控制系统。本发明直接采用反应器金属罐体作为电化学阴极，内置电化学阳极和布气布水装置，大幅降低装置一体化制造成本，同时通过臭氧氧化技术和电化学技术耦合联用，以电化学技术强化臭氧氧化技术对有机物的降解并弥补其在总氮脱除上的不足，提升装置整体除碳脱氮能力，解决了常规臭氧氧化技术无法实现含盐有机废水同步高效除碳脱氮的难题。
权利要求书
1.一种含盐有机废水一体化除碳脱氮装置，其特征在于，包括：反应器(1)和配套设备，反应器(1)为含盐有机废水提供除碳脱氮反应场所，配套设备包括电连接的臭氧发生器(15)、进水水质检测仪器(17)、低压直流电源(19)、第一控制系统(24)和第二控制系统(25)；反应器(1)包括金属罐体(7)和除碳脱氮反应室(9)，金属罐体(7)外表面通过负极导线(21)连接低压直流电源(19)的负极，除碳脱氮反应室(9)为金属罐体(7)内部空腔；反应器(1)还包括：绝缘布水板(10)，绝缘布水板(10)设置于除碳脱氮反应室(9)靠近底部位置；电化学阳极板(11)，电化学阳极板(11)固定于除碳脱氮反应室(9)中绝缘布水板(10)上且与金属罐体(7)同轴等间距布置，电化学阳极板(11)依次通过绝缘贯穿接头(27)、正极导线(20)连接低压直流电源(19)的正极；催化剂层(12)，催化剂层(12)多层间隔布置于除碳脱氮反应室(9)中电化学阳极板(11)上方位置；布气布水装置(13)，布气布水装置(13)设置于除碳脱氮反应室(9)中绝缘布水板(10)和催化剂层(12)的中间位置；布气布水装置(13)内设置有延时混合单元，延时混合单元包括：壳体(41)，壳体(41)连接于布气布水装置13内壁，壳体(41)底端开设有进气槽(42)，壳体(41)顶端竖直开设有与进气槽(42)连通的进气管路(43)，进气管路(43)与布气布水装置13的进气端连通，壳体(41)底端延伸至布气布水装置13的循环水内；滑槽(44)，滑槽(44)开设于壳体(41)内且与进气管路(43)垂直布置；连通板(45)，连通板(45)滑动连接于滑槽(44)内，且连通板(45)上开设有通孔(46)，连通板(45)与滑槽(44)一端连接有弹簧；传动腔(47)，传动腔(47)开设于滑槽(44)一侧的壳体(41)上，传动腔(47)内滑动连接有活塞(48)，活塞(48)与连通板(45)一端固定连接，传动腔(47)远离连通板(45)的一侧与布气布水装置13的循环水水箱连通；卡环(49)，卡环(49)固定连接于进气槽(42)内壁，卡环(49)内滑动连接有堵头(51)，且堵头(51)与进气槽(42)内壁滑动连接，堵头(51)与进气槽(42)内壁底端之间连接有弹簧；支杆(52)，支杆(52)固定连接于进气槽(42)侧端且布置于卡环(49)上方；气囊(53)，气囊(53)连接于支杆(52)和堵头(51)之间，气囊(53)顶端和底端分别连接有导向杆(54)和滑套(55)，导向杆(54)滑动连接于滑套(55)内，气囊(53)两侧端分别有磁极相反的磁块一(56)，磁块一(56)与滑套(55)错开布置。
2.根据权利要求1所述的一种含盐有机废水一体化除碳脱氮装置，其特征在于，反应器(1)还包括：绝缘外层(8)，绝缘外层(8)严密覆盖于金属罐体(7)的外表面；绝缘底座(14)，绝缘底座(14)连接于金属罐体(7)底端。
3.根据权利要求2所述的一种含盐有机废水一体化除碳脱氮装置，其特征在于，反应器(1)还包括：废水进水口(26)，废水进水口(26)设置于金属罐体(7)底端，且向内连通除碳脱氮反应室(9)，向外绝缘连接废水进水管道(3)；绝缘循环进水口(29)，绝缘循环进水口(29)设置于金属罐体(7)侧端中部位置，循环进水管道(6)通过绝缘循环进水口(29)进入除碳脱氮反应室(9)中并与布气布水装置(13)连接；废水出水口(30)，废水出水口(30)设置于金属罐体(7)侧端上方位置，且向内连通除碳脱氮反应室(9)，向外绝缘连接出水管道(5)。
4.根据权利要求3所述的一种含盐有机废水一体化除碳脱氮装置，其特征在于，反应器(1)还包括：绝缘进气口(28)，绝缘进气口(28)设置于金属罐体(7)侧端中部位置，臭氧进气管道(2)通过绝缘进气口(28)进入除碳脱氮反应室(9)中并与布气布水装置(13)连接；进气口(31)，进气口(31)设置于金属罐体(7)顶端；排气口(32)，排气口(32)设置于金属罐体(7)顶端，且向内连通除碳脱氮反应室(9)，向外绝缘连接尾气排气管道(4)。
5.根据权利要求4所述的一种含盐有机废水一体化除碳脱氮装置，其特征在于，臭氧进气管道(2)上设置有臭氧发生器(15)和进气阀门(16)；废水进水管道(3)上设置有进水水质检测仪器(17)和进水泵(18)；尾气排气管道(4)上设置有引风机(22)；循环进水管道(6)与出水管道(5)相连，循环进水管道(6)上设置有循环进水泵(23)。
6.根据权利要求1所述的一种含盐有机废水一体化除碳脱氮装置，其特征在于，反应器(1)进水水质条件为盐含量0.5％-30％，COD值200-10000mg/L，TN值100-2000mg/L，pH值5-10。
7.根据权利要求1所述的一种含盐有机废水一体化除碳脱氮装置，其特征在于，金属罐体(7)设置为内表面镀钛的不锈钢；电化学阳极板(11)设置为表面涂敷钌、铱、钽金属的钛网，工作状态下电流密度为100-800A/m2；电化学阳极板(11)与金属罐体(7)的间距设置为1-10cm。
8.根据权利要求5所述的一种含盐有机废水一体化除碳脱氮装置，其特征在于，第一控制系统(24)连接进水水质检测仪器(17)、臭氧发生器(15)和进气阀门(16)，通过第一控制系统(24)调控臭氧进气量Q、进水COD值m、单位COD值所需臭氧进气量k之间的关系，调控过程为：当Q/m>k时，第一控制系统(24)调整进气阀门(16)降低臭氧进气量Q；当Q/m<k时，第一控制系统(24)调整进气阀门(16)提高臭氧进气量Q。
9.根据权利要求1所述的一种含盐有机废水一体化除碳脱氮装置，其特征在于，第二控制系统(25)连接进水水质检测仪器(17)和低压直流电源(19)，通过第二控制系统(25)调控低压直流电源(19)输出电流I、进水TN值n、单位TN值所需输出电流j之间的关系，调控过程为：当I/n>j时，第二控制系统(25)调整低压直流电源(19)降低输出电流I；当I/n<j时，第二控制系统(25)调整低压直流电源(19)提高输出电流I。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种含盐有机废水一体化除碳脱氮装置，包括：
反应器和配套设备，反应器为含盐有机废水提供除碳脱氮反应场所，配套设备包括电连接的臭氧发生器、进水水质检测仪器、低压直流电源、第一控制系统和第二控制系统；反应器包括金属罐体和除碳脱氮反应室，金属罐体外表面通过负极导线连接低压直流电源的负极，除碳脱氮反应室为金属罐体内部空腔。
优选地，反应器还包括：
绝缘布水板，绝缘布水板设置于除碳脱氮反应室靠近底部位置；
电化学阳极板，电化学阳极板固定于除碳脱氮反应室中绝缘布水板上且与金属罐体同轴等间距布置，电化学阳极板依次通过绝缘贯穿接头、正极导线连接低压直流电源的正极；
催化剂层，催化剂层多层间隔布置于除碳脱氮反应室中电化学阳极板上方位置；
布气布水装置，布气布水装置设置于除碳脱氮反应室中绝缘布水板和催化剂层的中间位置；
优选地，反应器还包括：
绝缘外层，绝缘外层严密覆盖于金属罐体的外表面；
绝缘底座，绝缘底座连接于金属罐体底端。
优选地，反应器还包括：
废水进水口，废水进水口设置于金属罐体底端，且向内连通除碳脱氮反应室，向外绝缘连接废水进水管道；
绝缘循环进水口，绝缘循环进水口设置于金属罐体侧端中部位置，循环进水管道通过绝缘循环进水口进入除碳脱氮反应室中并与布气布水装置连接；
废水出水口，废水出水口设置于金属罐体侧端上方位置，且向内连通除碳脱氮反应室，向外绝缘连接出水管道。
优选地，反应器还包括：
绝缘进气口，绝缘进气口设置于金属罐体侧端中部位置，臭氧进气管道通过绝缘进气口进入除碳脱氮反应室中并与布气布水装置连接；
进气口，进气口设置于金属罐体顶端；
排气口，排气口设置于金属罐体顶端，且向内连通除碳脱氮反应室，向外绝缘连接尾气排气管道。
优选地，臭氧进气管道上设置有臭氧发生器和进气阀门；废水进水管道上设置有进水水质检测仪器和进水泵；尾气排气管道上设置有引风机；循环进水管道与出水管道相连，循环进水管道上设置有循环进水泵。
优选地，反应器进水水质条件为盐含量0.5％-30％，COD值200-10000mg/L，TN值100-2000mg/L，pH值5-10。
优选地，金属罐体设置为内表面镀钛的不锈钢；电化学阳极板设置为表面涂敷钌、铱、钽金属的钛网，工作状态下电流密度为100-800A/m2；电化学阳极板与金属罐体的间距设置为1-10cm。
优选地，第一控制系统连接进水水质检测仪器、臭氧发生器和进气阀门，通过第一控制系统调控臭氧进气量Q、进水COD值m、单位COD值所需臭氧进气量k之间的关系，调控过程为：
当Q/m>k时，第一控制系统调整进气阀门降低臭氧进气量Q；
当Q/m<k时，第一控制系统调整进气阀门提高臭氧进气量Q。
优选地，第二控制系统连接进水水质检测仪器和低压直流电源，通过第二控制系统调控低压直流电源输出电流I、进水TN值n、单位TN值所需输出电流j之间的关系，调控过程为：
当I/n>j时，第二控制系统调整低压直流电源降低输出电流I；
当I/n<j时，第二控制系统调整低压直流电源提高输出电流I。
相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：
(1)相比现有的臭氧氧化反应装置，本发明提供的含盐有机废水一体化除碳脱氮装置将臭氧氧化技术与电化学技术耦合联用，通过电化学技术弥补臭氧氧化技术在含盐有机废水脱氮方面的不足，同时利用电化学过程生成的次氯酸强化对有机物的氧化降解，除碳脱氮效率大幅提升。
(2)相比现有的臭氧氧化/电化学一体化反应装置，本发明提供的含盐有机废水一体化除碳脱氮装置直接采用反应器金属罐体作为电化学阴极，内置电化学阳极以构成电化学反应系统，电极材料成本显著降低；在外加直流电场下，作为阴极的金属罐体受到保护，更耐腐蚀。
(3)相比现有的臭氧氧化/电化学一体化反应装置，本发明提供的含盐有机废水一体化除碳脱氮装置在持续监控废水进水水质的基础上，通过第一控制系统和第二控制系统自动化调节臭氧进气量和输出电流，在高浓度进水时保证处理出水稳定达标，在低浓度进水时避免出现能源浪费。
（发明人：刘自成;赵选英;杨峰;张洋阳;王文文）
