CN102180557B

CN102180557B - 复合型有机废水高级氧化装置

Info

Publication number: CN102180557B
Application number: CN201110122527A
Authority: CN
Inventors: 任晓哲; 强晓辉
Original assignee: Zhejiang Dongyang Environmental Engineering Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Dongyang Environmental Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2031-05-12
Also published as: CN102180557A

Abstract

本发明涉及一种复合型有机废水高级氧化装置，属于水处理技术领域。它包括第一反应区和第二反应区，所述第二反应区设置于所述第一反应区的上方，所述第一反应区设置有进水管、臭氧进气管、排泥口和压缩空气进气管，所述压缩空气进气管的管道出口处设置有超声脉冲头；所述第二反应区一侧设置有阳极，另一侧设置有阴极，所述阳极与阴极之间还设置有铁碳填料区，所述第二反应区还设置有出水口，该出水口设置在相对于设置进水管一端的另一端。本发明综合了超声、臭氧以及铁碳微电解和电催化氧化的优点，并使它们具有相互协同的作用，不仅提高了污水处理的效率、处理效果甚至还降低了污水处理成本。

Description

复合型有机废水高级氧化装置

技术领域

本发明涉及一种复合型有机废水高级氧化装置，属于水处理技术领域。

背景技术

现代工业，特别是制药业、纺织业、冶金业、电子、电镀以及石化企业等的发展，使含有难降解有机污染工业废水日益增多。有机废水中的有机物由于其结构稳定、可生化性差、毒性强等特导致用常规的物理、化学、生物方法难以解决。

高级氧化法（Advanced Oxidation processes，简称AOPs)克服了普通氧化法存在的O₃、H₂O₂和Cl₂等氧化剂的氧化能力不强且有选择性等缺点，以其独特的优点越来越引起重视。目前常用的高级氧化技术主要有Fenton法、氧化絮凝法、臭氧法、超声降解法和光催化法和电化学法。但是大量的应用研究也表明，单一的氧化技术手段的氧化速率和效率都不能满足降解有机物的要求。为此，近年来发展了提高氧化效率的相关组合技术。主要包括：光电催化氧化技术、超声一电催化氧化技术、臭氧电催化氧化技术、电催化一生物反应技术、膜过滤电催化氧化技术。各种联合电催化水处理技术在难降解有机废水处理上都有一定的协同作用和各自的优势，同时都能在一定程度上降低电催化氧化的运行成本。但是联合电催化氧化水处理技术并不能从根本上解决电流效率低、受传质限制这一电催化水处理技术面对的共性问题。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题，提供一种复合型有机废水高级氧化装置。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

复合型有机废水高级氧化装置，它包括第一反应区和第二反应区，所述第二反应区设置于所述第一反应区的上方，所述第一反应区设置有进水管、臭氧进气管、排泥口和压缩空气进气管，所述压缩空气进气管的管道出口处设置有超声脉冲头；所述第二反应区一侧设置有阳极，另一侧设置有阴极，所述阳极与阴极之间还设置有铁碳填料区，所述第二反应区还设置有出水口，该出水口设置在相对于设置进水管一端的另一端。

本发明上述技术方案中，第一反应区内不仅设置有臭氧进气管还设置有带有超声脉冲头的压缩空气进气管。超声脉冲头通过压缩空气产生超声波并将超声波传递到有机废水中，在有机废水产生空化作用。空化作用是指，当液体中施加一定频率和强度的超声波时，会产生大量的微小气泡，这些微小气泡在其形成、振荡、生长收缩至崩溃的过程中引发的一系列物理化学变化。空化气泡在崩溃时在极短的时间内以及在极小的空间内，产生高温和高压，并伴生强烈的冲击波，这就为在一般条件下难以实现的反应提供了一种新的物理环境。在这种环境下，再通入臭氧，就能有效地增强臭氧的氧化能力。超声波与臭氧氧化技术结合可使臭氧充分分散与溶解，在减少臭氧的投加量同时进步其氧化能力，借助于超声空化效应及其产生的物化作用来强化臭氧的分解，产生大量的自由基；废水中的污染物亦可直接在超声产生的高温高压“臭氧空化泡”中分解。同时超声可把有毒有机物降解为比原来有机物毒性小甚至无毒的小分子，降解速度快，不会造成二次污染。有机废水中有机物的氧化产物主要是H₂O，CO₂和无机酸，因此经过这种处理，也使得水体的PH下降，这对于有机废水的进一步彻底处理提供了很大的便利。铁碳微电解是当铁碳颗粒浸没在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阳极,电位高的碳做阴极,在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应的。反应的结果是铁受到腐蚀变成亚铁离子进入溶液。在通电的条件下，亚铁离子在进一步被氧化成铁离子的同时，亚铁离子也将臭氧和水催化成羟基自由基、氢氧根离子以及氧气。铁离子与氢氧根离子易生成氢氧化铁，而氢氧化铁具有很强的絮凝作用，而且生成的氢氧化铁比外加入氢氧化铁的絮凝作用强得多。更为重要的是，羟基自由基是一种具有很强氧化性的自由基团，它会攻击有机废水中的有机污染物，使之降解，而且反应速率极快。

铁跟碳常常因形成的电位差而抱团沉降，这是一种副反应，因为铁离子或亚铁离子的絮凝目标并不是碳，而铁离子或亚铁离子是从铁碳填料中产生的，其周围碳的含量很高，因此这种现象会大大影响本发明的有机废水处理效果。我们所期望的是铁离子和亚铁离子进入有机废水中而不是与碳抱团沉降。本发明人在铁碳填料区两端设置了外加电场，该电场的存在，不仅解决了铁碳的抱团沉降，保证了铁离子和亚铁离子顺利地进入有机废水中，还增强了铁碳微电解的效率，而且由于该电场的存在，还对有机废水的pH要求有所降低，常规铁碳微电解反应需要低pH环境（比如pH为2～4），通常需要加入盐酸等强酸，来达到所需的低pH反应条件，而对于本发明的复合电化学反应，所需的pH比如5～6范围内也可以顺利进行，这对有机废水处理的成本控制以及安全性都有相当的效果。

超声不仅对臭氧的氧化具有增强作用，而且对铁碳微电解也有协同作用。超声能够增强铁碳微电解的液相传质，也能减少铁碳微电解的浓差极化。

作为上述技术方案的优选，所述第一反应区和第二反应区通过栅板隔开。

作为上述技术方案的优选，所述进水管的出口与压缩空气进气管的出口通过喇叭口集成在一起，所述喇叭口朝下设置，所述臭氧进气管的出口与所述喇叭口相向设置，所述排泥口设置在所述第一反应区的底部。

压缩空气的鼓入，对于铁碳填料区来说等于一直在供氧，同时也以气泡的形式对铁碳填料进行着冲击，这一方面非常有利于铁离子、亚铁离子的絮凝沉降，另一方面也可以对铁碳进行冲击，使得铁碳不易抱团，维持高效的反应；而且还能阻碍铁颗粒之间的板结，相关反应式如下：O₂+ 4H⁺+ 4e → 2H₂O；O₂+ 2H₂O + 4e → 4OH^-。

本发明上述技术方案的实施，还使得超声作用下的有机废水与臭氧迎面接触，这加大了臭氧与有机废水的接触面，也加大了臭氧与超声的接触面。

作为上述技术方案的优选，第一反应区和第二反应区的体积比为0.8～1.2︰1。

作为上述技术方案的优选，所述阳极的材料为钛基PbO₂电极或钛基SnO₂电极或钛基Pt电极。

作为上述技术方案的优选，所述铁碳填料区占整个第二反应区体积的90%及以上。

作为上述技术方案的优选，所述铁碳填料区由将铁碳填料固定并分隔开的多个网格组成，并且所述网格内充满铁碳填料，所述网格由碳纤维材料制成。

本发明上述技术方案中，一方面，带相反电荷的铁碳颗粒在外电场的作用下，有分别向阴、阳电极迁移的趋势，这样也某种程序上缓解了铁碳颗粒彼此抱团、板结的缺陷；另一方面，为了避免铁碳填料中的铁跟碳在外电场的作用下相互分离从而使铁碳微电池失效，设置了多个网格，以将铁碳填料固定住。而且所述网格是碳纤维材料制成，该碳纤维材料也可作为铁碳微电池的一个阴极。因此在装铁碳填料的时候可以适当的增加铁料的比例。另外，有机废水中通常会含有氯离子，氯离子电解后会产生氯气，而碳纤维材料能够吸附游离氯。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明综合了超声、臭氧以及铁碳微电解和电催化氧化的优点，并使它们具有相互协同的作用，不仅提高了污水处理的效率、处理效果甚至还降低了污水处理成本。

附图说明

图1是本发明的剖视图；

图2是本发明的左视图；

图3是本发明的右视图。

图中，1-进水管，2-喇叭口，3-臭氧进气管，4-排泥口，5-超声脉冲头，6-压缩空气进气管，7-栅板，8-铁碳填料区，9-出水管。

具体实施方式

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

如图1-3所示，有机废水处理装置，由衬胶的铸铁构造成，壳体的尺寸为1150mm×1150mm×2000mm（长×宽×高），它包括第一反应区和第二反应区，所述第二反应区设置于所述第一反应区的上方并通过栅板7隔开，所述第二反应区设置有出水口9，所述第一反应区设置有进水管1和排泥口4，所述第二反应区一侧还设置有阳极，另一侧设置有阴极，所述阳极与阴极之间还设置有铁碳填料区8；所述阳极材料为钛基SnO₂电极；所述第一反应区还设置有臭氧进气管3和压缩空气进气管6，所述压缩空气进气管6的管道出口处设置有超声脉冲头5。所述进水管1的出口与压缩空气进气管的出口通过喇叭口2集成在一起，所述喇叭口2朝下设置，所述臭氧进气管3的出口与所述喇叭2口相向设置，所述排泥口4设置在所述第一反应区的底部。所述第一反应区和第二反应区的体积比为4︰5。所述铁碳填料区8占整个第二反应区体积的90%。所述铁碳填料区8由将铁碳填料固定并分隔开的多个网格组成，并且所述网格内充满铁碳填料，所述网格由碳纤维材料制成。

本发明在使用时，在电极两端施加一个脉冲电压。脉冲电解以往只是利用其絮凝功能处理印染废水，如高压脉冲电凝聚浮上法对印染废水的色度和COD_Cr均有良好的处理效果，在较高的槽电压(300～4OOv)下，可大幅度降低总电流强度和缩短电解时间，脉冲作用可使极板表面减少沉积物，保持较高的电流效率。本发明在使用时，在电极两端施加一个脉冲电压，电流效率将会得到更大幅度提高。

用上述有机废水处理装置处理羟甲基纤维素工艺废水，该废水各理化指标如下：

COD_Cr(mg/L)	氯化物（mg/L）	pH	温度(℃)
				26000	32000	10～14	80

具体处理如下：

本发明使用时，通过进水管1以2吨/小时的流量通入上述有机废水，等到有机废水漫过喇叭口2后，开通臭氧的进气开关、压缩空气的进气开关和超声脉冲头5的开关，等到有机废水漫过铁碳填料区后，停止通入有机废水，然后开启外电场，反应一段时间后，打开出水口9进行排水。然后再通入有机废水。如此操作，直至上述有机废水处理完成。

具体控制的工艺参数如下：

本发明使用时的电流密度控制为10～20mA/cm²，有机废水在第一反应区的停留时间控制为30分钟，有机废水在第二反应区的停留时间控制为30～45分钟；铁碳填料为粒径在1mm以下的铁颗粒和粒径在1mm以下的碳颗粒经充分混合后熔炼而成，它的比表面积为1.0～1.2m²/g，密度为1100～1300kg/m³,含铁量≥70%；所述超声脉冲头所发出的超声的频率在20kHz～100kHz之间；所述臭氧进气管的臭氧进量控制为每升有机废水中通入臭氧20升。

经过上述处理，该有机废水的理化指标如下：

COD_Cr含量在1000 mg/L以下，pH在6～7，COD_Cr去除率在95%以上。

Claims

1.复合型有机废水高级氧化装置，其特征在于它包括第一反应区和第二反应区，所述第二反应区设置于所述第一反应区的上方，所述第一反应区设置有进水管（1）、臭氧进气管（3）、排泥口（4）和压缩空气进气管（6），所述压缩空气进气管（6）的管道出口处设置有超声脉冲头（5）；所述第二反应区一侧设置有阳极，另一侧设置有阴极，所述阳极与阴极之间还设置有铁碳填料区（8），所述第二反应区还设置有出水口（9），该出水口（9）设置在相对于设置进水管（1）一端的另一端；

所述第一反应区和第二反应区通过栅板（7）隔开。

2.根据权利要求1所述的一种复合型有机废水高级氧化装置，其特征在于所述进水管（1）的出口与压缩空气进气管（6）的出口通过喇叭口（2）集成在一起，所述喇叭口（2）朝下设置，所述臭氧进气管（3）的出口与所述喇叭口（2）相向设置，所述排泥口（4）设置在所述第一反应区的底部。

3.根据权利要求1所述的一种复合型有机废水高级氧化装置，其特征在于所述第一反应区和第二反应区的体积比为0.8～1.2︰1。

4.根据权利要求1所述的一种复合型有机废水高级氧化装置，其特征在于所述阳极为钛基PbO₂电极或钛基SnO₂电极或钛基Pt电极。

5.根据权利要求1所述的一种复合型有机废水高级氧化装置，其特征在于所述铁碳填料区（8）占整个第二反应区体积的90%以上。

6.根据权利要求1所述的一种复合型有机废水高级氧化装置，其特征在于所述铁碳填料区（8）由将铁碳填料固定并分隔开的多个网格组成，并且所述网格内充满铁碳填料，所述网格由碳纤维材料制成。