本发明涉及水处理，具体为一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理系统及方法。
背景技术：
1、反渗透浓水中存在高浓度的硝酸根和氯离子，通过原位利用水中的氯离子，可以通过电化学方式实现硝酸根的原为去除，避免副产物累计。电化学方式中一方面，ro浓水中的高cl-含量可以促进硝酸盐的彻底去除；另一方面，高离子浓度还可以提高溶液的电导率、降低能耗，从而进一步提高电化学反应的效能。反渗透浓水、树脂再生液中通常含有较高浓度的金属阳离子，例如常见的ca2+和mg2+。已有研究通过额外投加强碱将浓水中镁以mg(oh)2的形式资源化回收。电化学反应过程中阴极产生的oh-可分别与循环冷却水中的ca2+和mg2+反应生成caco3和mg(oh)2沉淀，进而实现硬度离子的去除，但是除垢效率较低，目前主要解决方法为采用离子交换膜隔开阴极和阳极，尽管可达到较好的硬度去除效果，但长期使用会产生膜污染和膜更换等问题，不利于实际应用。而在电化学处理no3-过程中，阴极同时还会产生大量的oh-，如何利用硝酸根原位电化学同时实现水中金属离子的沉积回收是解决提高系统经济性的一种方式。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理系统及方法，以解决如何的利用硝酸根原位电化学同时实现水中金属离子的沉积回收技术问题。
2、本发明是通过以下技术方案来实现：
3、第一方面，本发明提供了一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理系统，包括原水箱、电化学反应器、直流稳压电源、电化学脱氮单元和过滤及金属结晶单元；
4、所述原水箱的输出端连接电化学反应器的输入端，所述电化学反应器的溢流端口连接原水箱的输入端；
5、所述电化学脱氮单元位于电化学反应器内，所述直流稳压电源的电源端与电化学脱氮单元连接，用于在电化学反应器内进行电化学脱氮；
6、所述过滤及金属结晶单元的一端连接电化学脱氮单元，另一端通过回流管到连接至电化学反应器的回收端，用于在电化学反应器进行金属回收。
7、优选的，电化学脱氮单元包括电化学阳极和电化学多孔滤芯阴极；所述电化学阳极与直流稳压电源的阳极连接，所述电化学多孔滤芯阴极与直流稳压电源的阴极连接，用于在电化学反应及水中使得氯离子在阳极氧化后产生的有效氯间接氧化的双重作用，实现硝酸根反硝化及氮副产物去除；所述过滤及金属结晶单元的一端连接在电化学多孔滤芯阴极上。
8、进一步的，电化学阳极的材料采用pt、iro2或ruo2；电化学阳极的结构为板状结构、棒状结构或网状结构。
9、进一步的，电化学多孔滤芯阴极的材料采用cu-zn复合材料，电化学多孔滤芯阴极的结构为筒形网状结构，其内部填充有cu-zn复合金属滤芯。
10、优选的，过滤及金属结晶单元包括活性炭过滤器，所述活性炭过滤器的一端连接至电化学脱氮单元上，另一端回流管到连接至电化学反应器的回收端，所述活性炭过滤器内设有若干活性炭，用于将金属离子拦截成垢。
11、进一步的，活性炭过滤器与电化学脱氮单元之间设有阴极蠕动泵，用于将电化学脱氮单元边间层的碱性溶液泵吸至活性炭过滤器内进行结晶过滤。
12、进一步的，活性炭过滤器还设有出口端，所述出口端处设有总氮检测仪。
13、第二方面，本发明提供了一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理方法，基于上述所述的一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理系统，包括如下过程：
14、待处理水从原水箱恒流进入电化学反应器中，启动直流稳压电源，在电能作用下电化学阳极和电化学多孔滤芯阴极在电化学反应器内对待处理水进行硝酸根去除工作，并将硝酸根去除工作后所产生的溢流液回收至原水箱进行重复处理，同时将硝酸根去除工作后所产生的高浓度氢氧根溶液输送至活性炭过滤器中进行结晶过滤，在活性炭过滤器内拦截金属离子沉积物，将活性炭过滤器内的过滤液回流至电化学反应器内。
15、优选的，电化学阳极和电化学多孔滤芯阴极在电化学反应器内进行待处理水硝酸根去除工作的具体过程如下：
16、在电能作用下，将待处理水中的硝酸根吸附在电化学多孔滤芯阴极表面，通过电化学多孔滤芯阴极内的铜将硝酸根还原为nh4+-n、no 2--n和n2，同时在还原过程中伴有电解水析氢反应产生氢气，氢气在电化学多孔滤芯阴极表面以气泡形式逸出；
17、将待处理水中的氯离子在电化学阳极中被氧化为cl2，进而形成带有hclo和clo-的有效氯，有效氯与nh4+-n、no 2--n和n2间接氧化，去除nh4+n和no 2n，形成no3-n和n2，完成硝酸根的去除工作。
18、优选的，高浓度氢氧根溶液通过阴极蠕动泵输送至活性炭过滤器中进行结晶过滤，活性炭过滤器拦截高浓度氢氧根溶液内的金属离子沉积物，并通过总氮检测仪对活性炭过滤器内的总氮浓度进行监测，当活性炭过滤器内的总氮浓度大于所设定的阈值时，启动活性炭过滤器的回流管道，将过滤液回流至电化学反应器内进行处置。
19、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
20、本发明提供了一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理系统，将原水箱的输出端连接电化学反应器的输入端，所述电化学反应器的溢流端口连接原水箱的输入端，电化学脱氮单元位于电化学反应器内，所述直流稳压电源的电源端与电化学脱氮单元连接，用于在电化学反应器内进行电化学脱氮，过滤及金属结晶单元的一端连接电化学脱氮单元，另一端通过回流管到连接至电化学反应器的回收端，用于在电化学反应器进行金属回收，通过在电化学反应器内将原水箱内的待处理水中的高浓度氯离子在阳极产生的氧化产物有效氯，并通过间接氧化的过程达到深度去除氮副产物的目的，实现硝酸根的深度去除，同时在过滤及金属结晶单元提高氢氧化镁的均相沉淀速度，同步实现金属离子的回收。
21、进一步的，电化学阳极与直流稳压电源的阳极连接，电化学多孔滤芯阴极与直流稳压电源的阴极连接，通过电化学反应将硝酸根进行还原反应、氯离子进行氧化反应，并提供氯离子氧化产物和硝酸根还原产物之间反应的动力，从而实现原位处理氯离子及硝酸根的目的。
22、进一步的，电化学阳极的材料采用pt、iro2或ruo2；电化学阳极的结构为板状结构、棒状结构或网状结构，可有效的进行提供氯离子氧化产物和硝酸根还原产物之间反应的动力。
23、进一步的，电化学多孔滤芯阴极的材料采用cu-zn复合材料，电化学多孔滤芯阴极的结构为筒形网状结构，其内部填充有cu-zn复合金属滤芯，增大了阴极与水的接触面积、提高反应效率。
24、进一步的，过滤及金属结晶单元包括活性炭过滤器，所述活性炭过滤器的一端连接至电化学脱氮单元上，另一端回流管到连接至电化学反应器的回收端，所述活性炭过滤器内设有若干活性炭，用于将金属离子拦截成垢，便于对金属离子进行回收，提高钙硬度的去除效率，并拦截大部分镁硬度沉积，为钙镁硬度提供了大量沉积位点，极大的缩减了均相沉淀时间，同时活性炭具备吸附氯副产物的能力，有效保障出水水质。
25、更进一步的，活性炭过滤器与电化学脱氮单元之间设有阴极蠕动泵，用于将电化学脱氮单元边间层的碱性溶液泵吸至活性炭过滤器内进行结晶过滤，提高了活性炭过滤器对金属离子的过滤能力，可以泵吸方式提取阴极碱性溶液，避免了以往设置离子交换膜等隔离膜造价高、易污染的问题，提高了系统经济性。
26、更进一步的，活性炭过滤器还设有出口端，出口端处设有总氮检测仪，便于对活性炭过滤器内的总氮浓度进行监测。
27、本发明还提供了一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理方法，通过将原位电化学脱氮与无膜法金属离子沉积分离耦合，可以将水中氯离子和硝酸根同步高效利用，实现各级产物之间的相关反应，达到脱氮目的，同时回收阴极产生的强碱性溶液并通过过滤结晶实现氢氧化镁沉积物的回收，以较低成本同步实现硝酸根反硝化及金属资源回收，提供了一种新的耦合处理工艺；本发明设置了电化学反应器溢流水再处理及活性炭过滤器不合格产水再回流处置的方式，保障了系统出水可靠性，适用于如反渗透浓水、树脂再生液等的含有高浓度氯离子、硝酸根的水体，具有良好的经济效益。
1.一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理系统，其特征在于，包括原水箱(1)、电化学反应器(2)、直流稳压电源(5)、电化学脱氮单元和过滤及金属结晶单元；
2.根据权利要求1所述的一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理系统，其特征在于，所述电化学脱氮单元包括电化学阳极(3)和电化学多孔滤芯阴极(4)；所述电化学阳极(3)与直流稳压电源(5)的阳极连接，所述电化学多孔滤芯阴极(4)与直流稳压电源(5)的阴极连接，用于在电化学反应及水中使得氯离子在阳极氧化后产生的有效氯间接氧化的双重作用，进行硝酸根反硝化及氮副产物去除；所述过滤及金属结晶单元的一端连接在电化学多孔滤芯阴极(4)上。
3.根据权利要求2所述的一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理系统，其特征在于，所述电化学阳极(3)的材料采用pt、iro2或ruo2；电化学阳极(3)的结构为板状结构、棒状结构或网状结构。
4.根据权利要求2所述的一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理系统，其特征在于，所述电化学多孔滤芯阴极(4)的材料采用cu-zn复合材料，电化学多孔滤芯阴极(4)的结构为筒形网状结构，其内部填充有cu-zn复合金属滤芯。
5.根据权利要求1所述的一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理系统，其特征在于，所述过滤及金属结晶单元包括活性炭过滤器(7)，所述活性炭过滤器(7)的一端连接至电化学脱氮单元上，另一端回流管到连接至电化学反应器(2)的回收端，所述活性炭过滤器(7)内设有若干活性炭，用于将金属离子拦截成垢。
6.根据权利要求5所述的一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理系统，其特征在于，所述活性炭过滤器(7)与电化学脱氮单元之间设有阴极蠕动泵(6)，用于将电化学脱氮单元边间层的碱性溶液泵吸至活性炭过滤器(7)内进行结晶过滤。
7.根据权利要求5所述的一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理系统，其特征在于，所述活性炭过滤器(7)还设有出口端，所述出口端处设有总氮检测仪(8)。
8.一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理系统，包括如下过程：
9.根据权利要求8所述的一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理方法，其特征在于，所述电化学阳极(3)和电化学多孔滤芯阴极(4)在电化学反应器(2)内进行待处理水硝酸根去除工作的具体过程如下：
10.根据权利要求8所述的一种同步实现原位电化学脱氮及金属回收的水处理方法，其特征在于，高浓度氢氧根溶液通过阴极蠕动泵(6)输送至活性炭过滤器(7)中进行结晶过滤，活性炭过滤器(7)拦截高浓度氢氧根溶液内的金属离子沉积物，并通过总氮检测仪(8)对活性炭过滤器(7)内的总氮浓度进行监测，当活性炭过滤器(7)内的总氮浓度大于所设定的阈值时，启动活性炭过滤器(7)的回流管道，将过滤液回流至电化学反应器(2)内进行处置。
