CN101085694B

CN101085694B - 电解催化裂解污水处理装置

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Publication number: CN101085694B
Application number: CN2007100381179A
Authority: CN
Inventors: 归建明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2010-11-03
Anticipated expiration: 2027-03-15
Also published as: CN101085694A

Abstract

本发明公开了一种电解催化裂解污水处理装置，该装置采用小于1mm的极距，能在使用直流电压4-6伏的条件下，提供每平方米2000-3000A电流密度，为污水中的有机物质提供开键、开环所需要的能量，达到降解的目的。流经电极电解时间零点几秒到几秒钟，解决了由于电解时间长，污水升温而浪费能源，提高了电流效率，缩小了体积，节约了大量电极材料。

Description

电解催化裂解污水处理装置

技术领域

本发明涉及一种电解法污水处理装置，更具体地说涉及一种电解催化裂解污水处理装置。

背景技术

在污水处理方面，国外早在40年代，国内从60年代开始就不断地研究和应用电化学技术，研究范围涉及处理印染废水、制药废水、制革废水、造纸黑液等，但是由于电力等方面的原因，发展一直比较缓慢，以往多应用于水的澄清，脱色，杀菌，使有机物分解成二氧化碳和水，对废水中的CN-进行氧化破氰，对金属离子进行还原，在阴极给予回收或生成氢氧化物沉淀，多用于处理含氰、含铬的电镀废水。电解法水处理技术的优点在于：(1)过程中产生的·OH无选择地直接与废水中的有机污染物反应，将其降解为二氧化碳、水和简单有机物，没有或很少产生二次污染；(2)能量效率高，电化学过程一般在常温常压下就可进行；(3)既可以作为单独处理，又可以与其他处理相结合，如作为前处理，可以提高废水的生物降解性；(4)电解设备及其操作一般比较简单，如果设计合理，费用并不昂贵。因此，由于其具有处理效率高，操作简便，与环境兼容性广，无二次污染等上述优点，电解法水处理技术被称为“环境友好”技术(Environment FriendlyTechnology)。但由于国内技术，产品，工艺等各方面条件的限制，到目前为止，未能采用电化学工艺转为工业化处理的应用，大都处于实验室和理论性基础研究阶段。

电解氧化法水处理装置一般利用电化学原理，把阳极氧化和阴极还原的原理，有效地组合在一个流动电槽内，但是现有的电解气浮设备均采用大间距设计，例如：2003年出版，由邹家庆主编的“工业废水处理技术“一书中对电解气浮和电解絮凝作了比较详细介绍，电极间距一般多在10-20mm之间，槽电压高，一般多在10-20伏，电流密度低，一般多在每平方米5-300A之间。要增加电流密度，需要在水中添加电解质。水在电槽中的停留时间一般在5-40分钟，运行压力在常压或低压力下，无法使液体与电极达到最大的接触面积，因为电极表面产生的气泡影响了电极的接触面，限制了设备的处理量，能耗提高，限制电解气浮设备的使用面。

此外，由于一般电解污水设备多在常压下运行，随电介质添加量或提高电压来增加电流密度。电流效率低，无限制增加电压，会导致电极发热，降低电流效率；增加电介添加量，会增加处理成本。目前使用的电解设备，相对体积大，处理停留时间长，处理效率低，并且电流密度低，无法达到开键、开环所需要的能量。

发明内容

本发明的目的是提供一种电解催化裂解污水处理装置，能在一定的压力下，在高密度电流下，对水中含环类或多环类的大分子有机物质进行开环或降解。

本发明提供的电解催化裂解污水处理装置，使用电极间距1mm以下，在使用直流电压4-6伏的条件下，提供每平方米2000-3000A的电流密度，视水的电导运行压力可以在3-6kg/cm²下正常工作，流速达到20-100cm/s，为污水中的有机物质提供开键、开环所需要的能量，达到降解的目的。

本发明提供的电解催化裂解污水处理装置的原理图见图1。污水自进水管进入电解槽，在直流电场作用下，污水在两电极表面迅速发生氧化和还原反应，电解处理过的带气的污水由出水管流出。由于带压力进入电解槽，水层很薄，而且均匀，流水速度很高，因此处理和电流效率很高。

本发明的技术方案如下：

(一)本发明提供的电解催化裂解污水处理装置采用石墨阳极板和不锈钢阴极板交替排列，形成一组电解槽，按照污水的不同的水质情况，采用不同极距，极距在1mm以下，安装于一个耐压容器内，使电解槽成为一个等压体，所有装置可以根据耐压外壳的承受力，而可以随意设定压力容器规定内的工作压力。

(二)由于电解污水始终在一定的压力条件下进行，视水的电导运行压力可以在3-6kg/cm²下，电极与水始终保持良好的接触状态，使电解过程中产生的气泡得到压缩，增加了水和电极的接触面积，使得电极表面得以释放最大的电流能量。

(三)根据法拉第电解理论，在电解过程中，一法拉第电量可以分别还原和氧化1克当量的氧化剂和还原剂。根据这一理论，在污水处理过程中，大量的有机物质，在高密度电流的能量作用下，在阳极表面发生强烈的氧化作用，使水中的有机物质得以氧化、降解，在阴极上，一些金属得以还原，和水化合，形成氢氧化物沉淀，并且在电化学反应中，极室中有以下气体产生：

R-NH-R+O₂→CO₂↑+H₂O+N₂↑

水的电解：H₂O→H₂↑+O₂↑

(四)利用电解过程中产生的气体，进行气浮分离，由于电解过程是在加压下进行，因此气体的直径很小，大约1-10um左右，其载负量较大，省去了气浮设备所需要的溶气泵等设备。

采用以上技术方案，在污水处理过程中，在加压和高密度电流的情况下，使污水中的有机物质在很短的时间内加以氧化，降解，利用电解过程中产生的气体，进行气浮分离，达到污水处理的目的和提高污水的可生化性。

由于采用上述技术方案，本发明的电解催化裂解污水处理装置在能耗、电极耗材以及处理效率上都达到了较好的效果：

1、能耗比较

由于电化学处理原理是用电能转化为化学为依据的，根据法拉第电解定律，1法拉第电量可以同时氧化和还原1克分子物质，与输入的电压无关，这样在同样电导的废水进入设备处理，同样的处理量，时间，电流密度，相对电压低的耗能就少，

例如：一台20mm电极间距，水的电导800mmho/cm；

另外一台1mm电极间距，水的电导800mmho/cm；

进行运行比较，其结果如下：

20mm电极间距，水的电导800mmho/cm，运行电压16伏，电流达到100A，处理量1T/h，运行1小时的电耗：16×100＝1600W；

1mm电极间距，水的电导800mmho/cm，运行电压5伏，电流达到100A，处理量1T/h，运行1小时的电耗：5×100＝500W。

以上两种设备的相对能耗对比：1600-500＝1100W。

1mm电极的设备的能耗只有20mm的电极能耗三分之一，降低了1100W。

2、电极材料耗材比较：

由于本发明的电极距离设计，使单位面积的电流密度得到增加，使用的电极材料减少，20mm电极间距处理1T/h，所用电极材料为250mm×400mm，10对，等于1平方米阳极材料和阴极材料；1mm电极间距处理1T/h所用电极材料为70mm×150mm，10对，等于0.105平方米阳极材料和阴极材料。

3、处理效率比较：

本发明采用加压运行，使电解过程中产生的气体得于压缩，增加气体在水中的溶解度，增加水同电极的接触面积，提高电流效率。

因为电解过程中，在尽可能低的电压下，使电流密度达到最大数值，把电能转化成化学能。利用高密度电流和很薄的水层通过电极表面，使水中的有机物得以开键和开环，达到处理的目的，输入的电能必须超过有机物的合成能量。利用这个原理，在处理过程中采用高压，大电流，高流速处理。

例如：一般的电极间距20mm，电解电流最高达到500A/m²，由500A电流作用于20kg水上，由于水有一定的电阻值，相对能量比较低，无法使水中的有机物迅速开键和开环。

本发明采用的电极间距小于1mm，电解电流最高达到3000A/m²，由3000A电流作用于1kg水上，其电流密度相当高，能量集中，大大超过有机物需要开键所需要能量，开键的次序为：从键能低到键能高。

利用本发明电解催化裂解污水处理装置进行污水处理的过程如下：

(1)电解。污水自进水管进入电解槽，在直流电场作用下，污水在两电极表面迅速发生氧化和还原反应，电解处理过的带气的污水由出水管流出。

(2)气浮分离。气浮分离装置是加药，混凝，渣液分离于一体的装置(见图3)。污水进入电解设备处理以后，根据污水的不同情况，调整合适的电压，电流，利用电解过程中产生的极其细微的气泡，在管道混合器中通过加药泵加入所需要的混凝剂如聚合氯化铝、阴离子聚丙烯酰胺等，通过管道接入水流水分配器，水流水分配器接入气浮分离装置的底部，在A室内部形成一个混凝区，水流水分配器出来的水是由气泡，混凝剂，污水混合的液体。混凝区内利用气泡，在絮凝的同时，把絮体向上浮去，浮渣通过渣水分离器分离污泥袋，B区形成清水区，通过清水出口调整气浮分离装置的液面和流量，处理好的清水排人清水池，一般轻度污染的，COD_Cr在500mg/l以下的可以达到国家一级排放标准或中水回用标准，如果中重度污染的，经过以上处理后，进入后段的二级生化处理。

(3)生化处理。由气浮分离装置出来的电解处理后的水，根据其COD_Cr，BOD₅的不同数值，决定其生化时间，生化池的大小，生化池是由曝气机，曝气头，污泥回流泵及其相关的阀门，管道，水泵等组成(见图4)，根据其COD_Cr，BOD₅的不同数值，调整水流量，空气流量，污泥回流量，以保证沉淀池的出水水质。

本发明的有益效果

本发明所提供的电解催化裂解污水处理装置采用薄层布水，其极距在1mm以下，在加压情况下，布水均匀，而且电极表面电流密度相当高，大量的电能转化成化学能，使污水中的有机物质迅速在阳极表面得以氧化。大量的电能转化成化学能以后，足够达到有机物质开键、开环的需要的能量。此外由于水的流速相对较高，缩短了水的停留时间，延迟了电极的钝化时间，减少了结垢的可能性，提高了电极的使用寿命和效率。单位电极面积处理量得以提高，使整体设备的体积大大减少。

附图说明

图1为本发明电解催化裂解污水处理原理图。图中1：不锈钢阴极板；2：石墨阳极板；3：正极接线柱；4：负极接线柱；5：电解槽；6：进水管；7：出水管；8：压力外壳；9：整流器。

图2为本发明实施例垃圾运输车辆清洗综合污水电解综合处理过程图。图中1：PH调节池：500mm×500mm×800mm自制PVC塑料水箱；2：混凝沉淀500mm×500mm×800mm自制PVC塑料水箱；3：电解设备：0.5mm电极间距电解设备；4：加药气浮分离：自制PVC塑料气浮塔；5：一级生化：450mm×300mm×85mm；6：二级生化450mm×300mm×85mm；7：沉淀池：300mm×300mm×850mm自制PVC塑料生化池。

图3为本发明电解气浮一体装置工艺流程示意图。图中1：电解设备；2、3：加药泵；4：管道混合器；5：气浮分离装置，其中A为混凝区，B为清水区；6：渣水分离器；C：水流水分配器。

图4为本发明生化工艺流程示意图。图中1：一级生化池；2：二级生化池；3：沉淀池；4、5：曝气头；6：曝气机；7：污泥回流泵；

阀门。

具体实施方式

本发明实施例以对上海徐汇区环卫局压缩垃圾运输车辆清洗综合污水进行电解综合处理为例，但实施例并不限制本发明的保护范围。其处理过程如下：1：对垃圾渗离液进行调整PH；2：混凝沉淀；3：电解；4：加药气浮分离；5：一级生化；6：二级生化；7：沉淀池出水。(见图2)

处理情况如下：原水COD_Cr7800mg/L，BOD₅1650mg/L，氨氮230mg/L，PH6，首先将污水用石灰水调整PH至9-10，加人混凝剂聚合氯化铝，阴离子聚丙烯酰胺，混凝沉淀预处理，经过水泵加压进入电解设备，压力3.5-4kg/cm²，流量0.6T/h，电解电压5伏，电流150A电极面积0.066平米，经过电解后的污水由原来恶臭，变得有酒香味道和有点由醇类和醛类等引起的酸味，将电解水直接进入混凝气浮分离装置，根据水质情况，调整加药泵流量，经过管道混合器混合污水和药剂，通过水流水分配器进入气浮分离装置，渣由刮渣器从上部出渣口去除，清水由分离区流出。

生化由一级和二级生化池，沉淀池组成，由曝气机，曝气头，污泥回流泵，管道等组成二级生化系统，由气浮分离装置出水进入二级生化系统进行污水生化处理，调整流量，经过24小时生化处理，沉淀池的出水COD_Cr低于100mg/L。

Claims

1.一种由气浮分离及生化处理装置组成的电解催化裂解污水处理装置，其特征在于，一耐压容器内部安装有一个电解槽，电解槽由石墨阳极板和不锈钢阴极板交替排列组成，所说的耐压容器至少含有一个进水管和出水管，污水在电解槽中经加压和高密度电流作用下发生氧化还原反应，再经气浮分离，其中，电解槽中阴阳电极的极距小于1mm。

2.根据权利要求1所述的电解催化裂解污水处理装置，其特征在于，耐压容器中保持的工作压力为3-6kg/cm²。

3.根据权利要求1所述的电解催化裂解污水处理装置，其特征在于，工作中使用4-6伏的直流电压，每平方米电流密度为2000-3000A。