CN102190350A - 一种电化学水处理元件、装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电化学水处理元件，包括：壳体、放置于该壳体内的至少一对EC电极与至少一对EO₃电极，该壳体上设置进水口与出水口。本发明还提供了包括该电化学水处理元件的水处理装置、水处理系统以及使用该电化学水处理元件对废水进行处理的水处理方法。该电化学水处理元件由EC电极与EO₃电极置于同一个容器中组合而成，保存了EC与EO₃原有的长处，产生的污泥量少，占地小，处理速度快，在臭氧的氧化作用下能够去除多种有机物，且有机物的去除率高，另外该电化学水处理元件还产生加成效应，形成更强有力的氧化剂，处理废水的功效更为显著，能够应付废水质与量的突然变化。

Description

一种电化学水处理元件、装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及水处理技术，具体涉及一种电化学水处理元件、水处理装置、水处理系统及水处理方法。

背景技术

水对地球上所有生物的生存至关重要，但是由于人口激增与工商业的蓬勃发展，排入各种水域的污染物与日俱增，使得世界上许多人无法获得安全的饮用水，加上全球暖化世界许多地区的气候受到影响而出现旱灾或水患，使得缺水问题更加严重。

水中大多数的污染物来自天然或人造的有机物，例如：石油、染料、碳水化合物、食物油、脂肪、清洁剂、肥料、蛋白质、医药及杀虫剂等。这些污染物即是水中COD(Chemical Oxygen Demand，化学需氧量)、TSS(Total Suspended Solid，总悬浮固体)、TOC(Total OrganicCarbon，总有机碳)、色度与浊度的来源。

一般废水在粗滤与调整水的pH值后，需经过三级处理。一级处理为预处理，通过添加混凝剂或絮凝剂的化学凝聚法，使水产生沉淀或絮凝物，去除水中的悬浮状固体物质；二级处理是在一级处理的基础上，利用生物化学作用，降解水中的有机污染物，使污水得到进一步净化；三级处理也叫深度处理，根据进水水质采用相应的处理方法，如活性炭过滤、氧化、超滤、反渗透、离子交换和电渗析等，经过三级处理后废水可达到工业用水或城市用水所要求的水质标准。

化学凝聚法与生物化学法占地面积均较大，并且会产生大量污泥，有的有机分子无法被细菌消化，而需借助于氧化剂。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种电化学水处理元件，占地面积小，处理废水后的产泥量少，能够去除多种有机物，且有机物的去除率高。本发明还提供了由该电化学水处理元件构成的水处理装置、水处理系统，以及一种水处理方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种电化学水处理元件，包括：

壳体、放置于该壳体内的至少一对EC电极与至少一对EO₃电极，该壳体上设置进水口与出水口。

作为优选，所述EC电极的阳极为Al、Fe、Cu、Ni、Ti、Ag、Mg、Sn、Zn或不锈钢中的一种；EC电极的阴极为Al、Fe、Cu、Ni、Ti、Ag、Mg、Sn、Zn或不锈钢中的一种。

作为优选，所述EC电极的阳极与阴极的形状为板状、球状、块状、粒状、棒状、线状、网状、柱状或管状中的一种。

作为优选，所述EC电极的阴极比阳极多一个。

作为优选，所述EC电极的电源为直流电或交流电中的一种。

作为优选，所述EC电极的电源电压为5V～100V。

作为优选，所述EC电极的供电模式为定电压模式、定电流模式或脉冲模式中的一种。

作为优选，所述EO₃电极的阳极为Pt、Pd、Au、玻璃碳、石墨、β-PbO₂、IrO₂、掺杂硼的钻石膜和沉积了掺杂Sb-Ni或Sb-Ir-Ni的SnO₂薄膜的Ti基材中的一种；EO₃电极的阴极为不锈钢、铝、镍或钛中的一种。

作为优选，所述EO₃电极的阳极为沉积了掺杂Sb-Ir-Ni的SnO₂薄膜的Ti基材，其中各金属的原子数比为Sn∶Sb∶Ni∶Ir＝500～650∶8～12∶8～12∶1～3。

作为优选，所述EO₃电极的阳极与阴极为多孔结构。

作为优选，所述EO₃电极的阴极比阳极多一个。

作为优选，所述EO₃电极的电源为直流电。

一种包括所述电化学水处理元件的水处理装置，包括：

至少两个所述电化学水处理元件，所述电化学水处理元件为串联或并联。

一种水处理系统，包括所述水处理装置和与水处理装置相连接的固液分离装置。

作为优选，还包括用于对除去有机污染物的废水进行TDS去除的去离子装置。

作为优选，所述水处理装置的入水口还连接有预处理装置，所述预处理装置包括：用于去除废水中悬浮物的过滤装置或用于对废水进行脱色处理的脱色装置中的一种或两种。

作为优选，所述去离子装置为流过式电容器。

一种水处理方法，包括：

使用EC与EO₃复合技术去除水中有机物；

将去除有机物的废水进行过滤。

作为优选，对过滤后的废水进行去离子处理。

作为优选，在所述使用EC与EO₃复合技术去除水中有机物之前，对废水进行预处理，所述预处理包括对废水进行过滤或脱色中的一种或两种。

本发明提供的电化学水处理元件由EC电极与EO₃电极置于同一个容器中组合而成，保存了EC与EO₃原有的长处，产生的污泥量少，占地小，处理速度快，在臭氧的氧化作用下能够去除多种有机物，且有机物的去除率高，另外该电化学水处理元件还产生加成效应，形成更强有力的氧化剂，处理废水的功效更为显著，能够应付废水质与量的突然变化。

本发明提供的水处理系统中包括本发明提供的电化学水处理元件与电容去离子装置，能够去除废水中的有机污染物，并能解决EC和EO₃产生的离子，去除水中的TDS(Total Dissolved Solids，总溶解性固体)。

附图说明

图1为本发明具体实施方式所提供的电化学水处理元件的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式所提供的水处理装置的结构示意图；

图3为本发明具体实施方式所提供的水处理方法的流程示意图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明提供的电化学水处理元件包括：壳体，放置于该壳体内的至少一对EC电极与至少一对EO₃电极，该壳体上设置进水口与出水口。本发明将EC和EO₃两种电化学法合并成复合电处理技术即e-EO₃/EC技术，不仅保存了EC与EO₃原有的长处，还产生加成效应，使处理废水的功效更为显著，本发明中称此电化学水处理元件为e-EO₃/EC元件。

EC(Electrocoagulation，电凝聚)，能够利用电能促使水中的悬浮固体的粒径与密度变大，并使溶于水中的固体变成沉淀，细小的污染物颗粒结成大块后将以胶体、胶羽、浮渣或沉淀的形式迅速与水分离。通电后阳极电解产生凝聚所需的阳离子，阴离子完全不存在，故EC所产生的污泥量比化学凝聚法少30％～40％，且污泥含水量低、密度大、机械强度高，容易去除。同时还能使污染物在电极上直接氧化或直接还原，能快速处理多种污染物。EC所能有效去除的各种污染物见表1：

表1 EC能去除的各种污染物

去除率(％)	污染物
		96-99+	Al、Ag、Am、Ba、Cd、Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Pb、Ra、Si、U、Zn、细菌、总大肠菌、颜色、石油、碳氢化合物、杀虫剂、磷酸盐、TSS
90-95	As、CN-、F-、N、Pb、V
		70-80	B、Co、Mo
60-69	NH4+、Hg
		20-59	K、Se
0-19	Na、Cl-

本发明中EC电极的阳极优选为Al、Fe、Cu、Ni、Ti、Ag、Mg、Sn、Zn或不锈钢中的一种；EC电极的阴极优选为Al、Fe、Cu、Ni、Ti、Ag、Mg、Sn、Zn或不锈钢中的一种。阳极与阴极可以使用相同或不同的金属，在处理污水前，可以通过实验选取阳极和阴极所用的金属。从化学亲和力而言，阳极材料决定于废水的性质，例如处理食品厂与厨房废水，可以选择Al为阳极材料，处理染整与皮革废水，可以选择Fe为阳极材料。

作为优选，EC电极的阳极与阴极的形状为板状、球状、块状、粒状、棒状、线状、网状、柱状或管状中的一种。

EC电极的电源可为DC(直流)或AC(交流)电中的一种，电源电压优选为5V～100V。

以Al与Fe作为阳极为例。对EC的阳极与阴极施加DC或AC电压时，作为阳极的Al或Fe，将发生如方程式(1)和(2)所列的氧化反应：

Al→Al3⁺+3e^-                (1)

Fe→Fe2⁺+2e^-                (2)

方程式(1)和(2)所产生的金属阳离子，将与水中带负电的悬浮或溶解固体互相吸引聚集。正负电中和的结果，使污染物失去在水中悬浮的安定力。在氧化反应发生的同时，不论以何种材料作为阴极，阴极表面均会发生如方程式(3)所示的还原反应：

2H₂O+2e^-→H₂↑+2OH^-         (3)

反应(3)将会引发下列两项重要的效应：

A、氢氧根离子OH^-将与Al³⁺和Fe²⁺反应，分别生成不溶于水的Al(OH)₃与Fe(OH)₂，然后生成的氢氧化物会吸附水中悬浮或溶解的固体，成为胶体或沉淀物。

B、水中悬浮的胶体会附着在微小的H₂气泡上，成为浮渣而被刮除。

EC电极的电气连接可为单极性(只有正极或负极)、双极性(同一个电极带正与负两种电性)及单-双混合极性。在本发明中，作为优选，EC电极采用单极性，为了充分利用阳极，阴极的数目优选比阳极多一个。请参考图1，图1为本发明具体实施方式所提供的电化学水处理元件的结构示意图。该具体实施方式中，EC电极11共有10支，为棒状，分为上下两排，上排和下排的5支电极中，阴极各占3支，阳极各占2支，其中所有6支阴极与一个外部电源的负极相连，所有4支阳极则与同一个电源的正极相连。EC电极的供电模式为定电压模式、定电流模式或脉冲模式中的一种。EC电极穿过固定圆环14周边的定位孔洞被固定，固定圆环可以沿EC电极的长度方向设定多个。EC电极11的端部设置法兰13，法兰13周边上开设用以固定法兰13与水处理元件壳体的孔洞131，法兰13上与EC电极11相对应的位置设置10个电气端子132分别与EC电极11相连接。电气端子132将EC电极11与外部电源连接在一起。

在电凝聚的作用下，水中悬浮或溶解固体凝聚变成沉淀，形成污泥，这些污泥需要通过固液分离技术予以去除。适用的分离技术要能够提供快速的联机操作，可以选用吸附剂、过滤器、电磁铁、离心机、冷冻机或刮除器中的一种。优选使用的固液分离装置能够去除70％以上的污泥，否则过多的污泥存在水中，将严重妨害EC的处理效率。

如图1中所示，嵌于EC电极11中间的堆栈的板状电极为EO₃(Electrolytic Ozone，电解法臭氧)电极12。EO₃技术以废水作为O₃的来源，O₃以微小的气泡在水中产生，细小的体积增强了O₃的杀菌、消毒、脱色以及除臭的功能；O₃的产生量容易控制，不会过度产生而导致空气污染；废水流过EO₃电极12时，当场便可受到O₃的氧化；EO₃处理装置占地小，结构简单。

EO₃电极12的电源优选为直流电，在通电后，水分子在阳极上被氧化，在阴极上被还原，可用方程式(4)和(5)来说明：

阳极氧化2H₂O→O₂↑+4H⁺+4e^-E°＝1.23V    (4)

阴极还原2H₂O+2e^-→H₂↑+2OH^-E°＝0.0V    (5)

O₂产生的同时，O₃也可能在阳极上一起产生，只是产生O₃的标准电极电位较高，如方程式(6)所示：

3H₂O→O₃↑+6H⁺+6e^-E°＝1.60V    (6)

由此可知若要使水的电解能够产生可利用的O₃量，则所用的阳极材料的氧过电位必须高于方程式(6)的E°值，需选用氧过电位在1.60V以上的材料，这样才能在产生O₂之前出现大量的O₃，因此本发明中EO₃电极的阳极优选为Pt、Pd、Au、玻璃碳、石墨、β-PbO₂、IrO₂、掺杂硼的钻石膜(BDD)和沉积了掺杂Sb-Ni或Sb-Ir-Ni的SnO₂薄膜的Ti基材中的一种。

优选的，阳极为沉积了掺杂Sb-Ni或Sb-Ir-Ni的SnO₂薄膜的Ti基材，更优选的，阳极为Sb-Ir-Ni的SnO₂薄膜的Ti基材。SnO₂的氧过电位比Pt高0.6V，产生O₃的效率高，为提高电导度可以对SnO₂进行掺杂，掺杂后的SnO₂产生O₃的效率能得到提高。SnO₂可以掺杂金属原子如Sb、Ni等金属或非金属F-，如掺杂Sb-Ni，本发明将Ir作为第三个掺杂金属原子，能够形成更耐久的掺杂系统，即掺杂Sb-Ir-Ni，其中各金属的原子数比为Sn∶Sb∶Ni∶Ir＝500～650∶8～12∶8～12∶1～3，优选为Sn∶Sb∶Ni∶Ir＝600∶10∶10∶1。可采用浸渍热解法，在Ti基材上沉积掺杂了Sb-Ir-Ni的SnO₂薄膜。EO₃电极的阴极为不锈钢、铝、镍和钛中的一种。

实验表明，电极的边缘比电极其他表面产生的气泡要多，电极边缘的电流密度较高，电化学反应较剧烈，这称为边际效应，因此为使阳极与阴极产生多量的气泡，优选将多孔金属板作为EO₃的电极。如图1中EO₃电极为多片阳极片与阴极片堆栈而成，阳极片和阴极片厚1mm，阳极片为沉积了掺杂Sb-Ni-Ir的SnO₂薄膜的Ti基材，阴极片为不锈钢，阳极片与阴极片都为多孔结构，众多孔洞能使阳极与阴极的产物(O₃、O₂、H₂)迅速脱离电极表面，然后充满整个e-EO₃/EC水处理元件的壳体，快速与Fe²⁺及污染物发生反应。同EC电极一样，为了充分利用阳极，阴极的数目优选比阳极多一个，如使用5片阳极与6片阴极。图1中，法兰13上与EO₃电极12相对应的位置设置2个电气接点133，分别为所有阳极片焊接成的与同一个电源的正极相连的阳极接点，所有阴极片焊接成的与同一个电源的负极相连的阴极接点。每支e-EO₃/EC水处理元件的壳体内可在两端各安装一组EC与EO₃的复合电极。

在EC-EO₃复合电极中，EC若以Fe为阳极，并在其上施加大于等于0.5V的电压时，铁阳极将溶解产生Fe²⁺。Fe²⁺除了被空气与水中的氧气氧化为Fe³⁺，形成三价铁离子与三价铁离子的氢氧化物与氧化物等强力凝聚剂外，还会与EO₃电极产生的O₃发生反应。O₃不仅能与Fe²⁺反应产生水处理所需的·OH(氢氧自由基)，O₃还能快速将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后O₃进一步氧化Fe³⁺成为高价的铁离子，如六价铁离子Fe⁶⁺或FeO₄ ^2-(高铁酸盐)。FeO₄ ^2-可用铁盐与漂白水或NaClO在强碱条件下合成，如美国专利第6,033,343号与6,974,562号所述，并可用方程式8与9说明：

Fe³⁺+3OH^-→Fe(OH)₃                        (8)

2Fe(OH)₃+3OCl^-+4OH^-→2FeO₄ ^2-+3Cl^-+5H₂O    (9)

在方程式(9)中，氢氧化铁被OCl^-氧化为FeO₄ ^2-。由于O₃的氧化能力比OCl^-强千倍(例如，臭氧的杀菌速率比氯气快3,000倍)，故在高浓度的臭氧下，FeO₄ ^2-的生成将更容易进行。前述推论可在Sharma等人于期刊J.Water and Health，Vol.03.1，pp 45-57(2005)的报告中获得佐证，他们指出：“在一个强氧化的环境中，高氧化状态的铁离子如+4，+5，与+6均能被产生”。另外，Groves也在J.InorganicBiochemistry，Vol.100，pp 434-447(2006)的报告中明确指出：“Fe²⁺能被臭氧氧化为四价铁离子Fe(IV)”，如方程式(10)所述：

Fe²⁺+O₃→[Fe(IV)O]²⁺+O₂↑                 (10)

高铁酸离子(FeO₄ ^2-)与四价铁氧离子([Fe(IV)O]²⁺)均属于含铁氧化剂家族，具有比O₃更强的消除有机污染物、重金属及微生物之能力。因此，利用含铁氧化剂的废水处理系统中，无需庞大的储存槽，可以缩小系统的占地面积。本发明的e-EO₃/EC水处理元件能同时产生大量的Fe²⁺与O₃，使·OH与含铁氧化剂在线产生，当场立即进行消毒灭菌，有效降低废水处理的三大主要成本：能耗、土地与污泥。

由于·OH与含铁氧化剂的去污能力均比臭氧强，因此EC电极与EO₃电极组合后有机污染物的去除率要比单独使用EC或EO₃高，根据实验，若要获得较好的加成效应，EC电极与EO₃电极组合后产生的O₃的浓度至少应为Fe²⁺的20倍。因此，EC电极使用狭长柱状或管状，而EO₃电极为平板状，这可以使得O₃与Fe²⁺的浓度比为最佳值，例如：e-EO₃/EC水处理元件的壳体是内径为15cm，长为2m的圆筒状，EC电极制成直径为8mm，长为90cm～95cm的金属棒，EO₃电极为宽7.5cm，长80cm的长方形金属片。EC电极与EO₃电极间距固定，为开放式组装，电极之间无隔离物。EC电极的间距为20mm～30mm，每个固定圆环的中央设置可以堆栈EO₃电极的孔洞，如十字形窗。EO₃电极的间距为2mm，可以采用固定夹定位，嵌于EC电极的中间。

对e-EO₃/EC水处理元件中的EO₃阳极施加10V或以上的电压，及10mA/cm²的电流密度，每平方厘米的EO₃阳极便能每小时在水中产出24mg臭氧(24mg O₃/cm²·hr)。臭氧的产能与电流密度成正比，电流密度则与施加电压及水的导电度有关。1支管状e-EO₃/EC处理器若安装10片7.5cmx30cm的EO₃阳极，总阳极面积为4500cm²，施以10V×45A(4500cm²×10mA/cm²)时，该支处理器每小时便能产出108g臭氧。臭氧在水中的溶解度很低，温度愈低溶解度则愈高。一般而言，EO₃阳极产生的臭氧，只有0.3％溶于水，其余维持气体状态。不论是溶于水或气态的臭氧，均有氧化能力。结合高浓度臭氧与EC的铁阳极，·OH自由基与含铁氧化剂可在e-EO₃/EC处理器中随水流产生，当场摧毁流水中的各种污染物。本发明提供的e-EO₃/EC技术的优越性可见证于它消除水中的COD，BOD(Biochemical OxygenDemand，生化需氧量)，颜色，重金属，TOC，TOX(Total OrganicHalogen，总有机卤化物)，TSS，及微生物，比EC或EO₃单独处理快1,000倍。除了去污的能力变强，使用e-EO₃/EC技术处理废水还有一项加成效果，那就是处理副产品为完全无害的氧化铁(Fe₂O₃)，使EO₃处理可能产生的致癌副产品如溴酸盐(BrO^4-)消失。虽然在EC与EO₃的结合中以铝金属为阳极时，不会产生比Al³⁺更高价的铝离子，但O₃仍可提升使用铝阳极的EC的去污速率，这是因为O₃能破坏溶于水或悬浮的有机污染物在水中的稳定性。

通过控制电力的供应，e-EO₃/EC水处理元件能用三种模式操作：

1、EC唯一模式—电力只供应EC电极。

2、EO₃唯一模式—电力只供应EO₃电极，此模式产生极少量的污泥。

3、双反应或EC-EO₃同时运转模式—EC与EO₃根据处理目标，可采用合适的操作模式同时供电，此模式用于快速消除有机污染物、重金属及微生物。

请参考图2，图2为本发明具体实施方式所提供的水处理装置的结构示意图。该水处理装置即e-EO₃/EC水处理装置2由至少两个e-EO₃/EC水处理元件1串联或并联组成。如图2中为便于组装，将6支管状e-EO₃/EC水处理元件1安装于金属架21上，分成并联的两组，每组为串联的3支管状e-EO₃/EC水处理元件1，为了流通废水，每支e-EO₃/EC水处理元件1的壳体的一端连接一个向上的T字管15作为入水口，另一端则连接一个向下的T字管16作为出水口，每串联的两支e-EO₃/EC水处理元件之间通过向上的T字管15与向下的T字管16相连通，每支管状e-EO₃/EC水处理元件1的管径和长度可以根据处理的需要设定。

管状e-EO₃/EC水处理元件的壳体，T字管，及法兰，可以选用塑料，如聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、或纤维强化塑料(FRP)。依塑料种类的不同，e-EO₃/EC水处理元件的塑料组件的连接，可使用黏着剂或焊接。当e-EO₃/EC水处理元件的复合电极锁定在设计的位置后，法兰13便可用螺丝与螺帽134固定在壳体上。

本发明还提供了利用e-EO₃/EC水处理装置对废水进行处理的一种水处理方法，包括以下步骤：

使用EC与EO₃复合技术(e-EO₃/EC)去除水中有机物；

由于EC的阳极会不断产生离子，因此使用e-EO₃/EC会产生污泥，需要对去除有机物的废水进行过滤。当然根据需要过滤液可接受多次e-EO₃/EC与过滤的循环处理。

经过处理的废水中会残留有TDS(total dissolved solids，总溶解性固体)，若需要对水中的TDS进行去除，还需对废水进行去离子处理，优选可进行电容去离子(CDI)处理，直到水中的TDS达到回收或排放标准。

如果废水中含有过量如厚层油污、浮渣、粘膜、悬浮颗粒等，则作为优选，在废水进行e-EO₃/EC处理前，对废水进行过滤处理，否则EC-EO₃复合电极被油污或粘膜覆盖后，可能会被毁损而报废。若废水中色度超标，含有高浓度的染料或颜料，作为优选，在废水进行e-EO₃/EC处理前，还可对废水进行脱色处理。

请参考图3，图3为本发明具体实施方式所提供的水处理方法的流程示意图。工业或生活产生的废水首先检测水中是否含有过量的油污、浮渣、粘膜等悬浮物或沉淀，如果有则通过吸附或过滤对废水进行预处理。去除水中的悬浮物或沉淀后，检测水的色度，若色度较大需要对废水进行脱色处理，脱色可以使用活性炭吸附或使用e-EO₃/EC技术。脱色处理后，检测水中的有机物指标如COD、BOD、TOC是否超标，如果超标则废水需进行e-EO₃/EC、过滤的处理，根据水中有机物的含量可进行循环处理，直至有机物含量达标，过滤后的残渣如氧化铁可作为一般的固体废物处置。然后检测废水中的TDS或导电度，若废水需要处理TDS，则使用CDI对污水进行循环处理，直至废水中的TDS达到回收或排放标准。

本发明进一步提供一种能够实现该水处理方法的水处理系统，该水处理系统包括本发明提供的水处理装置和与水处理装置连接的固液分离装置，固液分离装置用来将e-EO₃/EC产生的沉淀从废水中除去，可使用过滤器，如石英砂滤筒、陶瓷滤器、压力过滤器或纤维超滤器等。若废水需要去除TDS，则还包括电容去离子装置，具体为流过式电容器(FTC)，FTC与电容器的结构相同，由平行的正负电极组成，电极通电后，产生静电场，当废水流过FTC的静电场时，水中的离子会被异性电极吸附，即静电吸附，水中的阳离子会吸附于负极上，阴离子则会吸附于正极上，从而达到降低TDS的效果。作为优选，水处理装置的入水口还连接有预处理装置，如用于去除废水中悬浮物或沉淀物的过滤装置，用于对废水进行脱色处理的活性炭吸附装置或直接使用本发明提供的e-EO₃/EC水处理装置，e-EO₃/EC水处理装置也可以用于脱色，通过实验选用适当的阳极。其中用于去除废水中悬浮物或沉淀物的过滤装置中的吸附或过滤材料可选用海砂、炭材、炉石、飞灰或沸石，处理后的残渣需正确处置，不能任意丢弃，若使用炉石为吸附剂，吸附饱和的炉石可在400℃～500℃下煅烧数小时，使炉石可以回用或用作铺路的石材。

当然根据水中污染物的含量、水质的要求可以在水处理系统设置足够数量的e-EO₃/EC水处理装置、固液分离装置、FTC，废水无需循环处理一次通过即可达标。e-EO₃/EC水处理装置与FTC均耗能较低，e-EO₃/EC水处理装置产生的污泥较少，FTC不产生污泥，且为非破坏性处理，能够回收高价值的离子，如电镀废水中的Pt、Pd、Au与Ag等贵金属。

实施例：

某充满黑色黏稠与恶臭漂浮物的石化废水，需要处理至符合排放标准的水质。该废水中的漂浮物先用炉石以100g石头对300ml废水的比例去除，废水成为暗红色的透光液体。然后，取1升暗红色废水，分别以EC电极与EO₃电极置于一密闭容器中，各处理1小时(先以EC处理，再用EO₃)。另外，再取1升暗红色废水，以与以上相同的EC电极与EO₃电极组成的e-EO₃/EC水处理元件处理1小时。表2列出测试所用的EC电极与EO₃电极的尺寸，以及EC与EO₃进行水处理时，各自的操作电压与操作电流：

表2 EC电极与EO₃电极的参数

技术

阳极

阴极

电极间距

电压

电流

以相同的EC电极与EO₃电极组成e-EO₃/EC水处理元件处理废水时，仍使用表2中与原本施加于EC电极与EO₃电极相同的电压和电流，只是同时供应两组电极(使用两个电源供应器)。经EC、EO₃与e-EO₃/EC水处理元件分别处理的废水，以0.5μm滤纸过滤后，测量各滤液的COD与800nm波长的透光率，比较EC、EO₃与e-EO₃/EC水处理元件的反应速率。结果列于表3：

表3实验数据

整个石化废水的处理过程中，除以炉石吸附漂浮物，废水没有进行稀释、pH值调整或其他预处理，便直接用EC、EO₃与e-EO₃/EC分别处理。所用的EC与EO₃的电极面积均很小，EC与EO₃所施加的电力亦各只有14W与50.4W。因此，如表3所示，EC与EO₃所去除的COD量微乎其微，而且处理后的废水仍保持暗红色。然而，以相同的EC电极与EO₃电极结合在一起成为e-EO₃/EC水处理元件，并使用相同的电压和电流处理等量废水时，COD的去除便大幅增加，废水也成为澄清无味，透光率达到99.8％。

以上对本发明所提供的一种电化学水处理元件、装置、系统及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (20)

1.一种电化学水处理元件，其特征在于，包括：

壳体、放置于该壳体内的至少一对EC电极与至少一对EO₃电极，该壳体上设置进水口与出水口。

2.根据权利要求1所述的电化学水处理元件，其特征在于，所述EC电极的阳极为Al、Fe、Cu、Ni、Ti、Ag、Mg、Sn、Zn或不锈钢中的一种；EC电极的阴极为Al、Fe、Cu、Ni、Ti、Ag、Mg、Sn、Zn或不锈钢中的一种。

3.根据权利要求2所述的电化学水处理元件，其特征在于，所述EC电极的阳极与阴极的形状为板状、球状、块状、粒状、棒状、线状、网状、柱状或管状中的一种。

4.根据权利要求2或3所述的电化学水处理元件，其特征在于，所述EC电极的阴极比阳极多一个。

5.根据权利要求1所述的电化学水处理元件，其特征在于，所述EC电极的电源为直流电或交流电中的一种。

6.根据权利要求5所述的电化学水处理元件，其特征在于，所述EC电极的电源电压为5V～100V。

7.根据权利要求1所述的电化学水处理元件，其特征在于，所述EC电极的供电模式为定电压模式、定电流模式或脉冲模式中的一种。

8.根据权利要求1所述的电化学水处理元件，其特征在于，所述EO₃电极的阳极为Pt、Pd、Au、玻璃碳、石墨、β-PbO₂、IrO₂、掺杂硼的钻石膜和沉积了掺杂Sb-Ni或Sb-Ir-Ni的SnO₂薄膜的Ti基材中的一种；EO₃电极的阴极为不锈钢、铝、镍和钛中的一种。

9.根据权利要求8所述的电化学水处理元件，其特征在于，所述EO₃电极的阳极为沉积了掺杂Sb-Ir-Ni的SnO₂薄膜的Ti基材，其中各金属的原子数比为Sn∶Sb∶Ni∶Ir＝500～650∶8～12∶8～12∶1～3。

10.根据权利要求9所述的电化学水处理元件，其特征在于，所述EO₃电极的阳极与阴极为多孔结构。

11.根据权利要求8、9或10所述的电化学水处理元件，其特征在于，所述EO₃电极的阴极比阳极多一个。

12.根据权利要求1所述的电化学水处理元件，其特征在于，所述EO₃电极的电源为直流电。

13.一种包括权利要求1至12中任一项所述电化学水处理元件的水处理装置，其特征在于，包括：

至少两个所述电化学水处理元件，所述电化学水处理元件为串联或并联。

14.一种水处理系统，其特征在于，包括权利要求13所述的水处理装置和与水处理装置相连接的固液分离装置。

15.根据权利要求14所述的水处理系统，其特征在于，还包括用于对除去有机污染物的废水进行TDS去除的去离子装置。

16.根据权利要求14或15所述的水处理系统，其特征在于，所述水处理装置的入水口还连接有预处理装置，所述预处理装置包括：用于去除废水中悬浮物的过滤装置或用于对废水进行脱色处理的脱色装置中的一种或两种。

17.根据权利要求16所述的水处理系统，其特征在于，所述去离子装置为流过式电容器。

18.一种水处理方法，其特征在于，包括：

使用EC与EO₃复合技术去除水中有机物；

将去除有机物的废水进行过滤。

19.根据权利要求18所述的水处理方法，其特征在于，对过滤后的废水进行去离子处理。

20.根据权利要求18或19所述的水处理方法，其特征在于，在所述使用EC与EO₃复合技术去除水中有机物之前，对废水进行预处理，所述预处理包括对废水进行过滤或脱色中的一种或两种。

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