CN102173482A - 废水处理方法及其电桥反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种废水处理方法及其电桥反应器，其特征在于：在电化学反应器的阴极和阳极之间中装上不导电的桥，桥上设置散堆的填充物，然后将被处理的废水溶液放入电化学反应器进行处理，这些填充物与被处理的废水构成微电池；所述的填充物是两性金属、焦炭、活性炭、石墨或竹炭。本发明的桥、填充物和溶液构成了电桥，电桥再与电极构成“电桥反应器”。本发明对油田注聚污水进行破乳、以及破乳后的废水进行降低COD、除杂质等处理，充分利用了电极的氧化、还原性作用分解污染物，阳极溶出离子所生成的胶状物质，电中和胶粒表面的负电荷，压缩双电层，减小ζ电位从而实现胶体破乳和油水快速分离及COD的处理。

Description

废水处理方法及其电桥反应器

技术领域

本发明涉及环境保护工程领域的油水分离，特别是油田注聚废水的油水分离，以及COD、其它杂质可用到电桥反应器的处理技术；同样，它还涉及到石油化工、钢铁行业废水、食品生产和加工行业废水，以及垃圾渗滤液等的处理；凡涉及需用电化学除油和降低COD的企业和行业都可以应用电桥反应器。

背景技术

降低能耗是废水处理的关键所在，然而面对高聚物所产生的COD的处理费用一直居高不下，很多企业的正常生产受到严重影响。

油田废水中，原油主要以三种形态存在，不同形态的处理方法不同，具体参见表1。

表1原油在废水中的存在形态及处理方法

从表1可看出，油水分离主要涉及到废水中乳化油的分离问题，目前有两种处理方法：

<一>化学药剂法，其工艺流程如下：

加药(破乳)→沉降→过滤(或加破乳剂)→气浮→过滤

化学药剂法具有工艺成熟，可靠的特点，但存在成本高、应用局限性大，工艺过程复杂(如药剂的筛选、投加量、投加点、投加方式、现场的配置等)，操作不便等不足之处。随着乳化废水稳定性提高，化学药剂投加量增大，破乳时间延长，而且还难找到合适的破乳剂，这些问题严重阻碍了正常的工业生产，急需找到一种快速、简便、低耗的处理方法来解决这些问题。

<二>电化学方法

电化学法处理这类废水不需添氧化剂、絮凝剂等化学药剂，适应范围广；设备体积小、占地面积少，操作简便灵活等优点，但电化学方法同时存在着能耗大、阳极易钝化、成本高的缺点。

综上所述，化学药剂法难以满足工业水处理要求；电化学方法拥有快速破乳和去除废水COD的优点，但能耗高、阳极易钝化等缺点阻碍了该技术的广泛应用。因而如何降低电化学法处理废水的能耗，解决电极钝化，延长电极寿命成为当前研究热点。

目前，关于油水分离和COD的处理技术已有很多方法报道，然而针对油田注聚(指将高分子聚合物水溶液注入地下油层的毛细管内，将油驱赶出来)污水处理的高效、低耗方法还未见报道。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的提供一种废水处理方法及其装置，通过对电化学法处理乳化含油废水的方法中用到的电化学反应器进行改进，从而提供了一种油田注聚废水的油水分离、降低COD及其它杂质的处理技术，以及该处理技术所用到的高效、节能电桥反应器。

本发明人通过反复试验、总结、再试验、再总结后，最终意外的发现，在电化学反应器中架上电桥能克服高能耗、低效率的问题，从而获得了如下实现本发明目的的技术方案：

一种废水处理方法，其特征在于：在电化学反应器的阴极和阳极之间中装上不导电的桥，桥上设置散堆的填充物，然后将被处理的废水溶液放入电化学反应器进行处理，这些填充物与被处理的废水构成微电池；所述的填充物是两性金属、焦炭、活性炭、石墨或竹炭。

一种电桥反应器，包括主体，主体上设有进水口、进气管和排水口，主体内设有阴极和阳极，其特征在于：阴极和阳极之间装有桥，桥上设置有散堆的填充物，填充物与被处理的溶液构成微电池；所述的填充物是两性金属、焦炭、活性炭、石墨或竹炭。

所述的两性金属、焦炭、活性炭、石墨或竹炭的形态为粒状、片状、棒状、丝状物或编制物。这些散堆的填充物与被处理的溶液构成微电池，显著增加了电极的总表面积，提高了反应效率。桥、填充物和溶液构成了电桥，电桥再与电极构成电桥反应器。

所述的桥可以有多层。

所述的阳极是由铁、铝或它们的合金和稀土材料组成，所述的阴极是由石墨、不锈钢或钛合金组成。

所述的阳极表面设有菱形或圆形的孔。

所述的阳极和阴极可由同一种材料组成。

所述的主体底部设有无数的鼓气孔，并与微型鼓风机相通。这样的设计有助于污染物与电极或填充物充分接触，减少极化，降低能耗。

所述的电桥反应器，其中桥是不导电的材料片，如带孔的硅酸盐材料片(陶瓷片，玻璃片)组成。

所述的电桥反应器，它在电解时的电源是高频直流电源。

所述的电桥反应器，它在电解时的电源是周期或非周期换向的高频直流电源，这可以减少电极损耗和防止钝化。

与现有技术相比，本发明涉及的废水处理方法及其电桥反应器具有如下优点和显著的进步：(1)从实施例1-3的电桥除油结果可以看出，本发明采用电桥反应器对油田注聚污水进行破乳、以及破乳后的废水进行降低COD、除杂质等处理，充分利用了电极的氧化、还原性作用分解污染物，阳极溶出离子所生成的胶状物质，电中和胶粒表面的负电荷，压缩双电层，减小ζ电位从而实现胶体破乳；通过电化学破乳，能够实现油水快速分离。(2)针对废水中污染物被氧化分解的难易程度，在电桥反应器中实行一部分氧化，一部分分离的方法，既能有效去除COD又能降低成本。(3)利用了电桥反应器的“电桥”作用，增加了溶液的导电性，减少了无关离子“优先放电”，电桥在电场的作用下，形成无数个微电池，显著增加了电极的表面积，提高了反应效率。在电桥式电化学反应器中电化学氧化-还原过程和混凝-沉降过程同时进行，这比单一过程效率高，且能耗低。(4)不仅适合于乳化油的破乳和多年未解决的电化学除COD电耗高的问题，也适用于类似的废水处理，如电化学去除垃圾渗滤液的COD。(5)电桥反应器是一种高效节能的电化学水处理反应器，能够快速去除废水中的乳化油和降低COD，克服了COD废水难以处理且成本高的缺点。与现有技术相比，该方法处理成本降低10倍以上，具有较好的工业化应用前景和理论研究价值。

附图说明

图1本发明电桥反应器的结构图

1—进水口，2—进气管，3—桥，4—主体，5—阴极，6—排水口，7—阳极

具体实施方式

本发明的特征之一是：在电化学反应器的阴极和阳极之间用不导电的材料(如陶瓷板或玻璃板)联接起来形如桥，桥上设填充物，然后将被处理的废水溶液放入电化学反应器进行分解，这些填充物与被处理的废水构成微电池。根据反应物的多少和反应器的大小，电桥可以是单层或是多层。

电桥反应器的阳极是由铁、铝或它的合金及稀土材料组成，极板表面由菱形、圆形的孔构成，整体可以是圆柱体，也可以是其它形状。阴极可以是石墨、不锈钢或钛合金材料组成；两极也可以是同一种材料组成。阳极与阴极之间装有“电桥”，以增加溶液的导电性和避免干扰离子放电，减少电耗。

上述电桥反应器的特征之二在于：设在桥上的填充物是由两性金属和颗粒或棒状焦炭或活性炭、石墨、竹炭的粒状、片状、棒状、丝状物或编制物，重叠堆放在桥上，组成微电池。

上述电桥反应器的特征之三在于：底部设有无数的鼓气孔，并与微型鼓风机相连接，有助于污染物与电极或填充物充分接触，减少极化，降低能耗。

为降低能耗，本发明涉及的电桥反应器的特征之四在于：所用电源是高频直流电源；可以减少电极损耗和防止钝化，还可采用定期或不定期换向高频直流电源。

本发明及的电桥反应器的特征之五在于：为避免某些物质优先放电，而采用其它预处理方法，如高分散卧式塔，将氨氮先除去。

本发明的废水处理方法和电桥反应器用于环境保护工程领域的油水分离，特别是油田注聚污水的油水分离，以及COD、基杂的去除。另外，它还可以用来处理石油化工、采油、炼油、钢铁行业的生产废水、食品生产和加工行业的废水、垃圾渗滤液的电化学除油和COD等问题。

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步作描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

实施例1：对武汉料*垃圾场垃圾渗滤液的COD处理

采样时间：2010年3月12日

来样外观：黑色液体，极臭

PH值：5.0

设备：电桥反应器，

中国专利CN101774658A公开的串级高分散卧式除氨塔。

高频直流电源

试验流程：

水样——在卧式塔经四级除氨——取除氨后水样过滤——用电桥反应器除COD.

检测结果：

原水氨氮含量：938mg/l    除氨后氨氮含量：25mg/l

原水COD含量：1360mg/l    除氨氮后COD含量：870mg/l

电化学处理后[10.04.14]：

氨氮：未检出；COD含量：56mg/l；COD去除率：95％

实验数据：

电压：3.0v    电流：1.5A    时间：1h

溶液体积：0.40 l    电耗：11.3kwh/m³

计论：

(1)除氨氮采用卧式除氨塔，将氨氮尽量除去，避免氨氮优先放电；

(2)在除氨氮的同时已将COD去除30-40％，剩余难以分离的污染物再采用电桥式反应器进行深度处理，如此以来，可以大大减少处理成本。例如，氨氮含量在1000mg/l和COD在1300mg/l的垃圾渗滤处理后，COD达国家一级排放标准的处理，电耗仅为11.3kwh/m³，如采用周期换向高频直流电源，能进一步降低能耗。

实施例2：注聚污水过滤后出水的深度除油和除COD处理

采样时间：2010年10月20日

来样编号：油废2010-01号

来样外观：乳状液体、有原油气味；

原水样指标：油含量：40mg/l

COD值：300mg/l

试验设备：1.电桥反应器，包括主体，主体上设有进水口、进气管和排水口，主体内设有阴极和阳极，阴极和阳极之间装有带孔的陶瓷片桥，桥上散堆有粒状填充物：活性炭和铝，主体底部装有无数的鼓气孔，该孔通过进气管与微型鼓风机相连通。

2.高频直流电源一台

测试依据：1.含油量：《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》油田废水含油量测定(SY/T5329-94)；

2.化学耗氧量：快速消解分光光度法(HJ/T 399-2007)；

试验流程：来样粗滤→电桥破乳反应器→过滤→除COD电桥反应器→过滤→出水

主要记录：2011年2月9日

电桥破乳条件：

电流：0.5A    电压：3.1V    占空比：0.5    时间：15min

乳化液体积：300ml；

结果：剩余油含量≤5mg/l，COD含量：92mg/l 去除率：69.3％；

电耗：0.65kwh/m³

电桥除COD条件：

电流：0.5A    电压：3.7V    占空比：0.5    时间：15min

脱乳后体积：300ml

检测结果：剩余油含量：未检出，COD含量：46.6mg/l (达国家一级排放标准)

累积去除率：84.5％；电耗0.77kwh/m3.

总电耗：1.42kwh/m³

实施例3：注聚污水过滤后出水的深度除油和除COD处理

采样时间：2010年10月20日

来样编号：油废2010-02号

来样外观：乳状液体、有原油气味；

原水样指标：油含量：45mg/l

COD值：398mg/l

试验设备：1.电桥反应器，包括主体，主体上设有进水口、进气管和排水口，主体内设有阴极和阳极，阴极和阳极之间装有带孔的玻璃片桥，桥上设有片状填充物：焦炭和铝，主体底部装有无数的鼓气孔，该孔通过进气管与微型鼓风机相连通。

2.高频直流电源一台

测试依据：1.含油量：《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》油田废水含油量测定(SY/T5329-94)；

2.化学耗氧量：快速消解分光光度法(HJ/T 399-2007)；

试验流程：来样粗滤→电桥破乳反应器→过滤→除COD电桥反应器→过滤→出水

主要记录：2011年02月09日

电桥破乳条件：

电流：0.5A    电压：4.1V    占空比：0.5   时间：15min

溶液体积：300ml

结果：剩余油含量≤5mg/l，COD含量：139mg/l 去除率：65.08％；

电耗：0.77Kw·h/m³

电桥除COD条件：

电流：0.5A    电压：3.7V    占空比：0.5    时间：15min

溶液体积：300ml

检测结果：剩余油含量：未检出，COD含量：61.6mg/l

累积去除率：84.67％；电耗：0.66Kw·h/m³

总电耗：1.43Kw·h/m³

从以上电桥除油结果可以看出，通过电化学破乳，能够实现油水快速分离，且COD均达到一级排放标准。另外，实施例2和实施例3的COD去除率一致。所以说二个实验重现性好，电耗无差别，平均为1.42kwh/m³。能耗是很低的，效率高。

结果与讨论：

从以上三个实施例试验结果可以看出：电桥反应器是一种高效节能的电化学水处理反应器，能够快速去除废水中的乳化油和降低COD。与相关文献报道相比，该方法处理成本仅为文献的1/10以下，具有较好的应用前景，而且在理论上还具有前瞻性的研究价值。

Claims (9)

1.一种废水处理方法，其特征在于：在电化学反应器的阴极和阳极之间中装上不导电的桥，桥上设置散堆的填充物，然后将被处理的废水溶液放入电化学反应器进行处理，这些填充物与被处理的废水构成微电池；所述的填充物是两性金属、焦炭、活性炭、石墨或竹炭。

2.如权利要求1所述的废水处理方法，其特征在于：所述的桥上开有孔；桥为单层或多层。

3.一种电桥反应器，包括主体(4)，主体(4)上设有进水口(1)、进气口(2)和排水口(6)，主体(4)内设有阴极(5)和阳极(7)，其特征在于：阴极(5)和阳极(7)之间装有桥(3)，桥(3)上设置有散堆的填充物，填充物与被处理的溶液构成微电池；所述的填充物是两性金属、焦炭、活性炭、石墨或竹炭。

4.如权利要求3所述的电桥反应器，其特征在于：所述的主体(4)底部设有无数的鼓气孔，并与微型鼓风机相通。

5.如权利要求3所述的电桥反应器，其特征在于：桥是不导电的材料片。

6.如权利要求5所述的电桥反应器，其特征在于：所述桥材料片为硅酸盐材料片：陶瓷片或玻璃片。

7.如权利要求3—6任一所述的电桥反应器，其特征在于：所述的桥上开有孔；桥为单层或多层。

8.如权利要求3—6任一所述的电桥反应器，其特征在于：电解时的电源是周期或非周期换向的高频直流电源。

9.如权利要求7所述的电桥反应器，其特征在于：电解时的电源是周期或非周期换向的高频直流电源。