CN103754990A - 一种用于难生物降解有机废水治理的复极性三维电极耦合处理装置 - Google Patents
一种用于难生物降解有机废水治理的复极性三维电极耦合处理装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于难生物降解有机废水治理技术领域，具体涉及一种复极性三电极耦合技术，通过以γ-Al2O3为载体负载MnO2、CuO、Fe2O3等常见金属氧化物中的一种或几种共同作为复极性粒子电极，并与以普通导电炭纤维炭毡为阴极和阳极，组成复极性三电极耦合反应器，辅以臭氧强化催化氧化，最后经由中空纤维分离膜出水，实现难生物降解废水有机污染物的高效降解并提升废水的可生化性。该技术运行费用低，易于安装，工作压力低；同时，外加低于10V的直流电场有效地强化了电化学反应，对酸性、碱性、高温等废水的适应性强，废水的COD下降达80％以上，显著提高了固液分离的效率，使出水水质得到明显改善，出水水质稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种复极性三维电极耦合技术处理难生物降解有机废水的方法和处理装置，属于环保技术领域。
背景技术
电化学方法治理废水一般无需添加氧化剂，设备简单、体积小，污泥量少，后处理简单，通常被称为“环境友好”的绿色氧化技术。20世纪60年代末，随着传质理论、材料科学及电力工业的迅速发展，在传统二维电极的基础上提出了三维电极的概念。它是在传统的二维电解槽电极间装填粒状工作电极材料，并使装充的工作材料表面带电而成为新的第三极，即粒子电极，在电极材料表面发生电化学反应。与传统的二维电极相比，三维电极在电解槽内增加了无数的微电极，能够增大电解槽的面体比，缩短了反应物的迁移距离、增大物质传质速度，提高电流效率和处理效果。因此，三维电极在电化学水处理领域显示出较大的优势和良好的发展前景。
三维电极反应器的分类方法很多，按粒子极性可分为单极性和复极性，按电极构型可分为矩形和圆柱形，按电流与液流方向关系可分为平行型与垂直型，按粒子材料充填状态可分为有固定方式和悬浮方式。
目前已用于废水处理的三维粒子电极有石英微孔瓷环颗粒上浸渍掺Sb的SnO2(10V电压，7g/L电解质，反应120min对除草剂废水的COD去除达到68％)，Pt和Ni沉积于陶瓷载体上(15V电压，5g/L电解质，反应120min对甲醇的降解达到85％)，炭黑粉末上担载SnO2、Sb2O3，活性炭负载PbO2、Sb2O3等。但上述粒子电极所用组分多为贵金属，不利于工程应用，同时PbO2、SnO2等在反应中会有大量毒性元素Pb、Sn溶出，再次污染环境。
同时，传统的三维电极反应处理难生物降解有机废水，多数以简单的外加电场作用下进行有机废水的电化学降解，因此废水中有机污染物的转化和去除效率不高，无法实现废水中有机物的转化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，采用常见过渡金属氧化物做活性组分，优先一种成本低，性质稳定，电催化效率高的粒子催化剂作为复极性粒子电极，同时，通过将复极性粒子电极、直流电场、中空纤维分离膜、炭纤维炭毡进行有机耦合形成新型三电极耦合技术，能高效电化学氧化分解去除化工、制药等工业难降解废水中的主要有害污染源，实现难生物降解废水的完全降解或生成无害或可降解的低级有机物的废水处理方法。
本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种难生物降解有机废水治理的复极性三维电极耦合处理装置，其特征在于，包括用于产生直流电场的阴极和阳极均为普通导电炭纤维炭毡电极，在装置中将中空纤维分离膜置于反应器器壁与阳极导电炭纤维炭毡之间用于分离出水，在所述的阴极和阳极之间，填充有一种电催化效率高的无二次污染的复极性粒子电极作为三给电极的第三极，废水由所述装置的底部由水泵加压打入，同时在水泵出口管路上串接射流器，起到催化氧反应增强作用的富含臭氧的空气进入射流器内与废水均匀混合后一起进入反应装置。
作为优选实施方式，中空纤维分离膜平均孔径在0.1～0.2μm之间；所述的装置采用正压出水；在用于产生直流电场的阴极和阳极之间所施加的电压≤10V；所述的阴极、阳极导电炭纤维炭毡的面积随着待处理废水流量的加大而加大；复极性粒子电极由活性氧化铝即γ-Al2O3为载体，MnO2、CuO、Fe2O3等常见金属氧化物为活性组分而组成，将Mn(NO3)2、Cu(NO3)2·3H2O、Fe(NO3)3·9H2O配制成浸渍液，以γ-Al2O3载体，采用常规的催化剂浸渍、干燥和焙烧工制成，其中MnO2、CuO、Fe2O3与γ-Al2O3的质量比例控制在Mn∶Cu∶Fe∶γ-Al2O3=0～12∶0～30∶0～20∶1000，每升有效容积对应的曝气量固定为0.001cm3/s～0.5cm3/s，由工业臭氧发生器产生的富含臭氧的空气向反应体系供氧的方式采用在废水输送水泵出口处串接射流器，向反应体系供氧的气体进入射流器内与废水均匀混合后一起进入反应装置，其中富含臭氧的空气中臭氧浓度为5～80mg/l。
本发明的技术优点在于，其主要优点在于通过采取将过渡金属锰、铜、铁的氧化物负载到γ-Al2O3上组成复极性粒子电极，有效避免了传统第三电极由炭粒与惰性粒子混合堆积在一起形成导电便捷通道引起的短路电流问题，也避免了PbO2、SnO2作为催化剂可能造成的二次污染和催化转化效能不高的问题；此外，阴阳两极采用炭质材料也避免了电极腐蚀，减少向反应体系引入金属离子和产泥量较大的不利情况；以中空纤维分离膜作为集水出水器，可很好地实现废水中有机物与水的分离，保证了反应器中废水的较高污染物浓度，从而进一步将废水有机物进行催化氧化处理，提高反应器中难生物降解废水中有机物的分解率，显著提高了出水水质。
附图说明
附图1为本发明的用于难生物降解有机废水治理的复极性三维电极耦合处理装置示意图。
附图标记说明如下：1水泵；2射流器；3中空纤维分离膜；4炭纤维炭毡电极；5复极性粒子电极(反应室)；6炭纤维炭毡电极
具体实施方式
实施例1
本实施例中使用的复极性三维电极反应器粒子电极，以活性氧化铝即γ-Al2O3为载体，MnO2、 CuO、Fe2O3为活性组分而组成；1000mgγ-Al2O3上MnO2、CuO、Fe2O3的含量分别为(以单质金属质量计)：Mn：2.8mg/g；Cu：5.4mg/g；Fe：12.3mg/g。本实施例以含酚废水处理为例，该水pH=5.9，有机酚浓度为5000mg/L，废水在三电极耦合处理装置中的停留时间为30min，所施电压为直流7V，每升反应器有效容积对应的曝气量固定为0.085，臭氧浓度为20mg/L，有机酚浓度转化率为95％，出水COD降至原水的20％，废水可生化性指标B/C由处理前的0.13提升至0.36。
实施例2
与实施例1不同点在于，1000mgγ-Al2O3上只含有CuO，Cu含量为(以单质金属质量计)：Cu：5.4mg/g。有机酚浓度转化率为75％，出水COD降至原水的40％，废水可生化性指标B/C由处理前的0.13提升至0.26。
实施例3
与实施例1不同点在于，反应器处理的废水为含有多环和-NH2、-NO3等在内的复杂制药废水，该废水原始COD为104700mg/L，色度为10万倍(稀释倍数)。废水在三电极耦合处理装置中的停留时间为10h，所施电压为直流7V，每升反应器有效容积对应的曝气量固定为0.085，臭氧浓度为60mg/L，反应后COD降为14600mg/L，色度降为500倍，废水可生化性指标B/C由处理前的0.03提升至0.24。
Claims (7)
1.一种难生物降解有机废水治理的复极性三维电极耦合处理装置，其特征在于，包括用于产生直流电场的阴极和阳极均为普通导电炭纤维炭毡，在装置中将中空纤维分离膜置于反应器器壁与阳极导电炭纤维炭毡之间用于分离出水，在所述的阴极和阳极之间，填充有一种电催化效率高的无二次污染的复极性粒子电极作为第三极，废水由所述装置的底部由水泵加压打入，同时在水泵出口管路上串接射流器，起到催化氧化反应增强作用的富含臭氧的空气进入射流器内与废水均匀混合后一起进入反应装置。
2.根据权利要求1所述的复极性三维电极耦合处理装置，其特征在于，所述的复极性粒子电极是通过采取常规的催化剂浸渍、干燥和焙烧工艺，将过渡金属锰、铜、铁的氧化物中的一种或几种负载到γ-Al2O3上，其中MnO2、CuO、Fe2O3与γ-Al2O3的质量比例控制在Mn∶Cu∶Fe∶γ-Al2O3=0～12∶0～30∶0～20∶1000。
3.根据权利要求1所述的复极性三维电极耦合处理装置，其特征在于，用于产生直流电场的阴极和阳极均为普通导电炭纤维炭毡。
4.根据权利要求1所述的复极性三维电极耦合处理装置，其特征在于，作为分离出水的中空纤维分离膜平均孔径在0.1～0.2μm之间。
5.根据权利要求1所述的复极性三维电极耦合处理装置，其特征在于，用于产生直流电场的阴极和阳极之间所施加的电压≤10V。
6.根据权利要求1所述的复极性三维电极耦合处理装置，其特征在于，向反应体系供气的方式采用在废水输送水泵出口处串接射流器，向反应体系供氧的气体进入射流器内与废水均匀混合后一起进入反应装置，每升有效容积对应的曝气量固定为0.001cm3/s～0.5cm3/s。
7.根据权利要求1所述的复极性三维电极耦合处理装置，其特征在于，向反应体系通入的起到催化氧反应增强作用的富含臭氧的空气由工业臭氧发生器产生，富含臭氧的空气中臭氧浓度为5～80mg/l。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140430 |