CN103754995A - 一种用于难生物降解废水治理的三电极耦合处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于难生物降解有机废水治理技术领域，具体涉及一种三电极耦合技术，通过将导电炭纤维炭毡、带有蜂窝状孔隙的规整填料第三电极和柔性平板炭分离膜的有机耦合，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有机污染物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。该技术运行费用低廉，易于安装，柔性平板炭分离膜正压收水出水，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，单级出水可使得难生物降解污染物转化率达到100％，废水的COD下降达90％以上，色度去除率达99％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

一种用于难生物降解废水治理的三电极耦合处理装置

技术领域

本发明涉及一种三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

随着工业技术的拓展和工业化规模的扩张，工业废水中污染物种类日益丰富，特别是化工、医药等废水成分复杂，存在高浓度酸、碱、残留抗生素等，生物毒性大；含盐量高、COD高达1～15mg/L，pH波动大、温度高、色度深、气味重，无法进行生物降解处理。 

电化学氧化技术，使得污染物在电极上发生直接电化学反应，转化为无害物质；或通过间接电化学转化，利用电极表面产生的强氧化活性物种HO·、HO2·、O2·等使污染物发生氧化还原转变。从而能首先破坏或降解生物降解的有机物，使其中难于生物降解的物质转化为易于生物降解的小分子物质，便于后续物理化学法处理或也可能达到生物处理的进水要求。此法反应条件温和；设备及操作简单，可控制性强等优点。 

但是到目前为止，电化学氧化废水处理过程的主要问题是：(1)电极多采用金属电极板，易在较高的电场电压下发生电化学腐蚀，出现阳极板或阴极板的腐蚀，缩短电极的寿命，并会向反应体系引入金属离子，使得废水体系成份复杂；(2)目前电化学氧化技术有三维电极的方法，其特点是在传统的二维电解槽电极间装填粒状或其它碎屑状工作电极材料，并使装填工作材料表面带电，成为第三极并使得废水中的有机物在其表面能发生电化学反应，达到废水中有机污染物转化的目的；与传统的二维电极相比，它能够增加电解槽的面体比，提高电流效率和水的处理效果，改善了物质的传质效果。但是，传统三维电极反应床中由于采用乱堆型填充方式，水流和气流的长期冲刷下，导电粒子和绝缘粒子会逐渐分层，从而导致短路电流增加，传质速率降低，利用率降低，处理效果不理想，目前该类反应器的实际效率在40％～70％之间，且因其第三极采用乱堆方式填充，导致旁路电流、短路电流的增加，引起实际废水处理的电能能耗严重。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种全新的三电极耦合技术：通过将直流电场、柔性平板炭分离膜、炭纤维炭毡、规整填料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，一种用于难生物降解有机废水治理的三电极耦合处理装置，其特征在于，包括用于产生直流电场的阴极和阳极，所述的阴极为普通导电炭纤维炭毡电极，阳极为柔性平板炭分离膜电极，所述的柔性平板炭分离膜电极由炭纤维经三维编织成柔性布状并在其表面涂覆树脂再经高温炭而成，在装置中使用是将其固定在板框上与反应器器壁之间形成集水室，柔性平板炭分离膜电极接有接线端子，在所述的阴极和阳极之间，填充有外形规整的带有蜂窝状孔隙的规整填料，废水由所述装置的底部由水泵加压打入，同时在泵出口管路上串接射流器，向反应体系供氧的气体在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，柔性平板炭分离膜平均孔径在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；所述的阳极柔性平板炭分离膜与对电极炭纤维炭毡的面积随着待处理废水流量的加大而加大；带有蜂窝状孔隙的规整装填料为活性炭粉、石墨粉和玻璃粉按比例与一定的粘结剂混合成型后获得的，三种粉末的最大粒度均不超过0.5mm，粘结剂为常规导电胶，活性炭粉、石墨粉、玻璃粉的体积比例控制在0.5～1∶0～0.5∶0.2～1；每升有效容积对应的曝气量固定为0.001cm³／s～0.5cm³／s，可以根据废水处理的需要选用空气或者是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在射流器内与废水均匀混合后一起进入反应装置。 

本发明的技术优点在于，其主要优点在于通过采取将导电粒子(活性炭粉、石墨粉)与惰性粒子(玻璃粉)进行按比例混合成型为带有蜂窝状孔隙的规整填料的方式，有效避免了传统第三电极中导电粒子可能堆积在一起形成导电便捷通道引起的短路电流问题，也避免了传统三维电极反应床中由于采用乱堆型填充方式，水流和气流的长期冲刷下，导电粒子和绝缘粒子会逐渐分层导致反应转化效率下降的问题；同时带有蜂窝状孔隙的规整装填料代替传统的导电粒子和绝缘粒子可以将单位反应器有效处理体积提高至原来的2倍；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；阳极采用柔性平板炭分离膜既有的电极作用，又可实现废水的分离的双重作用。反应装置对酸性、碱性、高温等废水的适应性强，单级出水可使得难生物降解废水中有机物分解率达100％，COD下降80％以上，色度去除率达99％以上，显著提高了出水水质。 

附图说明

附图1为本发明的难生物降解有机废水治理的三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出水集水室；4柔性平板炭分离膜电极；5带有蜂窝状孔隙的规整填料(反应室)；6炭纤维炭毡电极 

具体实施方式：

[实施例1] 

以苯酚废水为例。该水pH=4，苯酚浓度为500mg/L。废水在三电极耦合处理装置中的停留时间为120min，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，规整填料的孔隙率为50.4％，规整填料的组成体积比为活性炭粉∶石墨粉∶玻璃粉=2∶0.5∶1。苯酚浓度降至64.5mg/L，去除率为87.1％，此常规乱堆型粒子电极去除率提高了15.43％。 

[实施例2] 

实施例2与实施例1区别在于，规整填料的组成体积比为活性炭粉∶石墨粉∶玻璃粉=1∶0.5∶1，苯酚浓度降至121mg／L，去除率为75.8％。 

[实施例3] 

实施例3与实施例1区别在于，废水在三电极耦合处理装置中的停留时间为200min，苯酚浓度降至33.6mg/L，去除率为93.3％。 

[实施例4] 

以分散蓝非离子型染料废水为例。这种废水具有色度高、酸碱度高、毒性大的特点。该废水pH=5.3，色度650倍，COD_Cr约为468.5mg/L。所施电压为直流5V，每升反应器有效容积对应的曝气量固定为0.085，规整填料的孔隙率为50.4％，规整填料的组成体积比为活性炭粉∶石墨粉∶玻璃粉=2∶0.5∶1。废水在三电极耦合处理装置中的停留时间为分别为60min、180min、300min。出水COD_Cr分别为286mg/L、173mg/L、152mg/L。出水色度去除率分别为88.4％、961％、975％。 

Claims (7)

1.一种用于难生物降解有机废水治理的三电极耦合处理装置，其特征在于，包括用于产生直流电场的阴极和阳极，所述的阴极为普通导电炭纤维炭毡电极，阳极为柔性平板炭分离膜电极，所述的柔性平板炭分离膜电极由炭纤维经三维编织成柔性布状并在其表面涂覆树脂再经高温炭而成，在装置中使用是将其固定在板框上与反应器器壁之间形成集水室，柔性平板炭分离膜电极接有接线端子，在所述的阴极和阳极之间，填充有外形规整的带有蜂窝状孔隙的规整填料，废水由所述装置的底部由水泵加压打入，同时在泵出口管路上串接射流器，向反应体系供氧的气体在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所述的三电极耦合处理装置，其特征在于，所述的柔性平板炭分离膜平均孔径在0.1～0.2μm之间，分离膜整体厚度在5mm左右，柔性平板炭分离膜大小可根据反应器大小进行裁剪使用；阳极为导电炭纤维炭毡，其面积可随反应器大小进行裁剪使用。

3.根据权利要求1所述的三电极耦合处理装置，其特征在于，带有蜂窝状孔隙的规整填料孔隙率为20％～50％可控，规整填料由商品活性炭粉、石墨粉和玻璃粉按比例与一定的粘结剂混合成型后获得，三种粉末的最大粒度均不超过0.5mm，粘结剂为常规导电胶，活性炭粉、石墨粉、玻璃粉的体积比例控制在0.5～1∶0～0.5∶0.2～1。

4.根据权利要求1所述的膜电耦合处理装置，其特征在于，所述的装置采用正压出水。

5.根据权利要求1所述的膜电耦合处理装置，其特征在于，在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所述的膜电耦合处理装置，其特征在于，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在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6所述的膜电耦合处理装置，其特征在于，向反应体系供氧的气体可以根据废水处理的需要选用空气或者是由工业臭氧发生器产生的富含臭氧的空气。

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