CN104310671A - 一种采用间歇供电的三维电极电催化反应器废水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用间歇供电的三维电极电催化反应器废水处理方法，属于污水处理技术领域，该方法包括：原废水经pH调节池，加盐酸调节pH至5.0-5.5后，进入三维电极反应器进行反应，三维电极反应器进行反应的时间HRT为0.5-2.0 h后出水；该三维电极反应器采用脉冲方波电流供电电源，电流密度为2.0-10mA/cm2、脉冲占空比为0.2-0.6、脉冲频率为0.02-0.1 Hz。本发明方法操作简便，能够提高反应效率，相同的反应时间下，在保证出水水质的前提下，可大大减少了能耗的三维电极反应器运行。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其是一种采用间歇供电的三维电极电催化反应器的工业废水处理方法。
背景技术
经过传统的物理、生物处理阶段，工业废水中分子量较小、易被生物降解的组分已经得到了降解处理，但废水中含有较多的难以生物降解的长链大分子和环状分子，导致废水可生化性较差，不适合使用生物法进行处理。因此，针对工业废水的深度处理，开发适合的处理技术势在必行。
电化学氧化法可以利用电能使阳极形成高氧化还原电位状态，或者产生高氧化还原电位的自由基团(如羟基自由基、自由氯)，进而利用这些高氧化还原电位的阳极和自由基团对有机物进行氧化降解。电化学氧化法氧化能力强、清洁简单、占地面积小、处理周期短，是一种处理难降解有机废水的热点方法。
传统的电化学氧化法反应只在阳极表面进行，存在面体比小、传质效果差的缺点，因而电流效率低，处理能力不强，在实际工程应用中存在明显缺陷。针对这一缺陷，三维电极氧化的概念得到提出。三维电极反应器是指在传统的电化学反应器电极板之间中填充颗粒状、碎屑状电极材料，这些电极材料在阴阳电极电场感应作用下带电，形成新的电极，因而将电化学反应进行的区域从极板表面扩充到这些电极材料表面，大大地增大了反应接触面积，缩短了传质距离，可以大大提高反应器降解污染物的效率。
三维电极反应器通常由电源、阴极、阳极、填充电极组成，根据反应器中间是否被高阻值材料阻隔分为单极性三维电极反应器和复极性三维电极反应器2类。由于填充高阻值填充材料的特点，单极性三维电极填充材料表面电势较高，而通过电流较小，因而常用于电吸附去除重金属离子、有害负离子如氟离子等。与单极性三维电极反应器不同，复极性三维电极反应器中间不用高阻值材料阻隔，直接采用阻值较大的导电材料填充，由于其单位槽体处理量大，有机污染物降解效果好、传质速率快等优点成为研究热点。虽然国内外学者都作了大量研究，三维电极氧化法仍然存在一些不足：
(1)通过对比分析文献中结果可以发现，在负载催化剂材料之后，活性炭、陶瓷粒子等填充材料的氧化性能能够得到大大提升，因此开发负载催化剂的填充材料具有显著意义，而实际研究者对于负载催化剂的填充材料开发不够，报道的一些负载催化剂的填充材料存在明显的催化活性不高、催化剂易流失的特点。
(2)对于整体三维电极反应器而言，文献中报道的三维电极反应器，存在明显的去除效率偏低、能耗偏高的特点，使其开发的三维电极反应器在实际应用过程中缺乏有效的竞争力。
针对以上不足之处，本申请人进行了大量研究，针对三维粒子电极的不足，研究开发出“一种负载催化剂活性炭的三维粒子电极及其制备方法”并申请了中国专利(CN103663631A)，该方法具有污染物去除率高、催化活性高、催化剂流失量低等特点，且其制备方法简单；针对整体三维电极反应器去除率低的问题；同时研究开发出“一种采用三维电极法的废水处理系统”并同时申请了中国专利(CN103663634A)，该系统不仅可以高效去除废水中的难降解有机物，同时可避免电极结垢、系统运行稳定。经过上述两项技术的研究，三维电极废水处理系统能够稳定有效地处理污染物，但是由于三维电极反应器采用直流供电方式，在进行废水处理过程中，还存在整体三维电极反应器能耗偏高的缺点。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供一种采用间歇供电的三维电极电催化反应器废水处理方法，该方法操作简便，能够提高反应效率，相同的反应时间下，在保证出水水质的前提下，可大大减少了能耗的三维电极反应器运行。
本发明提出的一种采用间歇供电的三维电极电催化反应器废水处理方法，其特征在于，该方法包括：原废水经pH调节池，加盐酸调节pH至5.0-5.5后，进入三维电极反应器进行反应，三维电极反应器进行反应的时间HRT为0.5-2.0h后出水；该三维电极反应器采用脉冲方波电流供电电源，电流密度为2.0-10mA/cm2、脉冲占空比为0.2-0.6、脉冲频率为0.02-0.1Hz。
所述三维电极反应器采用负载催化剂活性炭的三维粒子电极的三维电极催化反应器。
所述的脉冲方波电流供电电源按照间歇供电的形式设置通电和断电的时间控制电路，通电和断电的时间在正负3s的调节范围内调节控制，电源的功率为22.5kW。
本发明的技术特点及有益效果：
本发明为一种针对难降解工业废水的深度处理的三维电极催化反应器的运行方法，供电方式采用低频方波脉冲电流供电方式，通过“通电-断电-通电”的循环间歇供电方式，在通电时间段使三维电极反应器的阳极板和填充电流粒子表面发生得失电子效应，产生羟基自由基，发生电化学反应，而在断电时间段使有机物充分扩散迁移至粒子、电极板表面，因而更为有利于反应的传质过程，从而可以提高反应效率，相同的反应时间下，在保证出水水质的前提下，大大减少了能耗。
采用本发明的供电电源按照间歇供电的形式设置通电和断电的时间控制电路，通电和断电的时间在正负3s的调节范围，电源的功率为22.5kW。供电电源可在传统的硅整流、可控硅和高频开关电源的基础上进行改造，不需要增加大量投资，不需要单独购置高频脉冲电源。
本发明在供电方式选择为脉冲方波电流供电，运行条件为：脉冲占空比为0.2-0.6、脉冲频率为0.02-0.1Hz、电流密度为2.0-10mA/cm2，明显区别于高频脉冲电源灯的100Hz-3000Hz；废水COD去除率高于50％，kgCOD处理能耗比连续通电降低50％左右，能耗低于65kWh/kg COD。
本发明与现有发明相比，该废水处理方法在高效处理难降解工业废水的同时，kgCOD能耗低于65kWh，大大降低了能耗，操作简单，具有能耗和材耗低的特点。
附图说明
图1采用三维电极催化反应器进行废水处理的工艺流程框图；
图2本发明的三维电极催化反应器供电电流示意图。
具体实施方式
本发明提出的一种采用间歇供电的三维电极电催化反应器废水处理方法，如图1所示，包括：
原废水经pH调节池，加盐酸调节pH至5-5.5后，进入三维电极反应器进行反应；三维电极反应器进行反应的时间HRT为0.5-2.0h后出水。
三维电极反应器采用脉冲方波电流供电电源、电流密度为2.0-10mA/cm2、脉冲占空比为0.2-0.6，更佳为0.2-0.4，脉冲频率为0.02-0.1Hz，更佳为0.02-0.04Hz。在出水口取样可进行测试分析。
本发明的方法中采用本申请人的负载催化剂活性炭的三维粒子电极的三维电极催化反应器。
本发明中对三维电极催化反应器供电的电源可在传统的硅整流、可控硅和高频开关电源的基础上进行改造而成，供电电源按照间歇供电的形式设置通电和断电的时间控制电路，通电时间ton和断电的时间toff在正负3s的调节范围内调节控制，电源的功率Ip为22.5kW，如图2所示。具体电路可根据本方法的要求进行设计，属于本领域技术人员的常规技术。
实施例一
本实施例为采用三维电极催化反应器进行反应处理柠檬酸废水，具体包括：原废水进水COD155mg/L，经pH调节池，加盐酸调节pH至5后，进入三维电极催化反应器进行反应，反应的时间HRT为0.5h后出水。
本实施例中采用脉冲方波电流供电，运行参数为：脉冲方波电流供电，脉冲占空比为0.2、脉冲频率为0.02Hz、电流密度为2.0mA/cm2。
本实施例的废水COD去除率可达到为57％，而能耗从146kWh/kg COD左右下降为65kWh/kg COD左右，从而kgCOD节省能耗80kWh。
实施例二
本实施例为采用三维电极催化反应器进行反应处理柠檬酸废水，具体包括：原废水进水COD浓度在160-180mg/L之间，经pH调节池，加盐酸调节pH至5后，进入三维电极催化反应器进行反应，停留时间为1h，经处理后二沉池出水。
本实施例中采用脉冲方波电流供电，三维电极催化反应器运行参数为：电流密度为5mA/cm2，，脉冲占空比为0.4、脉冲频率为0.04Hz。
本实施例连续运行废水COD去除率均值可达到为60-80％，而能耗均值从118kWh/kgCOD下降为53kWh/kg COD，从而kgCOD节省能耗65kWh。
实施例三
本实施例为采用三维电极催化反应器进行反应处理印染废水，具体包括：废水进水COD浓度在500-1000mg/L之间，调节池pH值控制为5.5左右出水，进入三维电极催化反应器进行反应，停留时间为2.0h出水。，在：
本实施例中采用脉冲方波电流供电，运行参数：电流密度为10mA/cm2，脉冲占空比为0.35、脉冲频率为0.04Hz。
本实施例连续运行废水COD去除率均值可达到为高于60％，能耗为15-30kWh/kgCOD。
Claims (3)
1.一种采用间歇供电的三维电极电催化反应器废水处理方法，其特征在于，该方法包括：原废水经pH调节池，加盐酸调节pH至5.0-5.5后，进入三维电极反应器进行反应，三维电极反应器进行反应的时间HRT为0.5-2.0h后出水；该三维电极反应器采用脉冲方波电流供电电源，电流密度为2.0-10mA/cm2、脉冲占空比为0.2-0.6、脉冲频率为0.02-0.1Hz。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述三维电极反应器采用负载催化剂活性炭的三维粒子电极的三维电极催化反应器。
3.如权利要求1、2所述方法，其特征在于，所述的脉冲方波电流供电电源按照间歇供电的形式设置通电和断电的时间控制电路，通电和断电的时间在正负3s的调节范围内调节控制，电源的功率为22.5kW。
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