CN104326608B - 一种多级电化学污水处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多级电化学污水处理装置，其包括滤网、污水收集罐、第一阀门、羟基电解槽、第一水泵、次氯酸钠电解槽、第二水泵、流量计和中和装置。本发明提出的羟基与次氯酸钠协同作用的多级电化学污水处理方法及装置，充分发挥了硼掺杂金刚石电极产生的羟基自由基具有强氧化性的特点，将污水中具有难降解结构物质转化成易降解结构，以及金属氧化物电极电解产生次氯酸钠成本低的特点，解决了单级电解过程中硼掺杂金刚石电极制备成本高昂、处理污水量小以及金属氧化物电极产生次氯酸钠降解不彻底的问题，提高污水降解效果，降低处理成本。

Description

一种多级电化学污水处理方法及装置

技术领域

本发明涉及电化学污水处理技术领域，尤其涉及一种生产多种氧化剂协同降解污水的多级电解处理方法及装置。

背景技术

采用电解法降解污水的装置是已知的，中国专利CN102120661B提出利用电解槽中金属氧化物(MMO)电极板产生次氯酸对有机物进行氧化分解达到污水降解的目的。随着污水浓度增加，以及污水中往往含有难降解的物质如苯、酚等，单一电解过程中不能达到完全降解，导致降解效果下降，而且易形成毒性更大的产物。

中国专利CN102838243A提出采用紫外光照和次氯酸钠协同消除水中有机物的方法，利用次氯酸钠杀灭细菌的同时，利用紫外光消除佘氯，避免二次污染。中国专利CN203033802U提出一种臭氧与电化学协同氧化含油污水的方法，克服了臭氧产量小，氧化能力不足的缺点。以上方法在一定程度增强了污水处理能力，但是对于含有苯环结构的难降解物质仍然无法实现完全降解。

高级电化学氧化(AOP)技术被定义为能够产生羟基自由基(·OH)的氧化过程。羟基自由基(·OH)是具有强氧化性的基团，氧化电位可达2.8V，通过引发诱导产生链反应，主要通过电子转移、亲电加成、脱氢反应等途径无选择性地与各种有机化合物直接作用并最终将其降解CO₂和H₂O等无害物质。目前已知的有机物的氧化电位低于2V，羟基自由基可以将所有的有机物氧化分解成无机物。

专利CN1303254C提供一种硼掺杂金刚石电极降解污水技术，产生具有高氧化电位的羟基自由基能够将几乎所有有机物最终分解成CO₂和H₂O，实现无害排放。电极自身不参加反应，不形成絮凝沉积等。该技术优势在于降解高浓度的难降解物质时具有较高的电流效率，由于其产生羟基自由基存活寿命短，当溶液中有机物浓度较低时，自由基未能与有机物完全接触而消失，导致电流效率较低，而且目前硼掺杂金刚石电极的制备成本高昂，尚不能大面积制备和应用，导致该技术应用难以短期内用于大规模的污水处理。

发明内容

为了克服现有电化学降解污水技术的不足，即金属氧化物电极成本低，但产生次氯酸钠氧化性弱，硼掺杂金刚石电极产生羟基氧化能力强，但电极制备成本高的问题，本发明提出一种多级电解污水处理方法和装置，分别产生羟基自由基氧化剂和次氯酸钠氧化剂，通过分级处理，可实现对高浓度难降解污水的完全降解处理。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多级电化学污水处理装置，其包括滤网、污水收集罐、第一阀门、羟基电解槽、第一水泵、次氯酸钠电解槽、第二水泵、流量计和中和装置。

其中，所述滤网设置在所述污水收集罐的上部，在所述收集罐的顶部和底部分别设有污水入口和出口，所述出口通过串联第一阀门与第一级的羟基电解槽的入口连接，羟基电解槽底部出口通过第一水泵与第二级的次氯酸钠电解槽的入口相连，次氯酸钠电解槽的底部出口通过第二水泵和流量计与中和装置相连。

其中，所述次氯酸钠电解槽与海水引入装置相连，在次氯酸钠电解槽和羟基电解槽的顶部均安装有除氢装置。

其中，所述收集罐通过支架支撑，在收集罐底部设有排放阀门，用于排污和取样，在所述收集罐顶部设有罐盖。

其中，所述收集罐、羟基电解槽、次氯酸钠电解槽、中和装置内均装有液位计。

其中，所述中和装置中安装有自动佘氯计、流量计、中和剂储存罐和第二阀门。

其中，所述羟基电解槽的阳极采用硼掺杂金刚石(BDD)电极，阴极为钛板，主要产生具有强氧化性的羟基自由基，将污水中的难降解物质氧化分解成易降解的物质，如将苯环开环等。

其中，所述次氯酸钠电解槽的阳极采用金属氧化物(MMO)涂层，其任务是将经第一级处理的污水中可降解物质分解成无害成分或最终分解成CO₂和H₂O。

本发明还提供了一种采用上述多级电化学污水处理装置进行多级电化学污水处理的方法，其包括：

第一步，将污水倒入所述多级电化学污水处理装置中，通过滤网进行过滤，进入到收集罐中；

第二步，将收集罐中的污水引入第一级的羟基电解槽进行电解，产生羟基自由基进行苯环的开环降解；

第三步，将降解后的污水送入第二级的次氯酸钠电解槽中，通过海水引入装置引入海水，将海水与污水一起进行电解氧化，产生次氯酸钠，将污水中的有机物氧化成CO₂和H₂O；

第四步，检测降解后污水的COD值以及佘氯含量，引入中和装置中进行中和，通过第二阀门排出。

本发明的有益效果：

本发明提出的羟基与次氯酸钠协同作用的多级电化学污水处理方法及装置，充分发挥了硼掺杂金刚石电极产生的羟基自由基具有强氧化性的特点，将污水中具有难降解结构物质转化成易降解结构，以及金属氧化物电极电解产生次氯酸钠成本低的特点，解决了单级电解过程中硼掺杂金刚石电极制备成本高昂、处理污水量小以及金属氧化物电极产生次氯酸钠降解不彻底的问题，提高污水降解效果，降低处理成本。

附图说明

附图1：多级电化学污水处理装置示意图；

1-过滤网；2-收集罐；3、6、8、15-液位计；4-第一阀门；5-羟基电解槽；7-第一水泵；9 次氯酸钠电解槽；10-海水引入装置；11-除氢装置；12-第二水泵；13-流量计；14-中和装置；16-佘氯检测仪；17-中和剂储存罐；18-第二阀门；19-上盖；20-进水口；21-支架；22-排渣口。

具体实施方式

本发明提供了一种多级电化学污水处理装置，其包括滤网、污水收集罐、第一阀门、羟基电解槽、第一水泵、次氯酸钠电解槽、第二水泵、流量计和中和装置。

所述滤网设置在所述污水收集罐的上部，在所述收集罐的顶部和底部分别设有污水入口和出口，所述出口通过串联第一阀门与第一级的羟基电解槽的入口连接，羟基电解槽底部出口通过第一水泵与第二级的次氯酸钠电解槽的入口相连，次氯酸钠电解槽的底部出口通过第二水泵和流量计与中和装置相连。

进一步，所述次氯酸钠电解槽与海水引入装置相连，在次氯酸钠电解槽和羟基电解槽的顶部均安装有除氢装置。

进一步，所述收集罐通过支架支撑，在收集罐底部设有排放阀门，用于排污和取样，在所述收集罐顶部设有罐盖。

进一步，所述收集罐、羟基电解槽、次氯酸钠电解槽、中和装置内均装有液位计。

进一步，所述中和装置中安装有自动佘氯计、流量计、中和剂储存罐和第二阀门。

进一步，所述羟基电解槽的阳极采用硼掺杂金刚石(BDD)电极，阴极为钛板，主要产生具有强氧化性的羟基自由基，将污水中的难降解物质氧化分解成易降解的物质，如将苯环开环等。

进一步，所述次氯酸钠电解槽的阳极采用金属氧化物(MMO)涂层，其任务是将经第一级处理的污水中可降解物质分解成无害成分或最终分解成CO₂和H₂O。

进一步，所述第一级羟基电解槽中BDD电极与第二级次氯酸钠电解槽中氧化物阳极面积之比可根据污水浓度与数量进行调配：1∶25、1∶50、1∶100，一般应不低于1∶25，第二级次氯酸钠电解槽由于电极板面积大，产生大量次氯酸氧化剂，而且槽体容量大，污水停留时间长，可以充分降解，从而实现有机物完全降解。

进一步，所述多级电化学污水处理装置仅由上述装置部件构成。

本发明还提供了一种采用上述多级电化学污水处理装置进行多级电化学污水处理的方法，其包括：

第一步，将污水引入所述多级电化学污水处理装置中，通过滤网进行过滤，进入到收集罐中；

第二步，将收集罐中的污水引入第一级的羟基电解槽进行电解，产生羟基自由基进行苯环的开环降解；

第三步，将降解后的污水送入第二级的次氯酸钠电解槽中，通过海水引入装置引入海水，将海水与污水一起进行电解氧化，产生次氯酸钠，将污水中的有机物氧化成CO₂和H₂O；

第四步，将降解后的污水检测COD值以及佘氯含量，引入中和装置中进行中和，通过第二阀门排出。

以下采用实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

如图1所示，本发明提供的多级电化学污水处理装置的滤网1设在收集罐2的上部，在收集罐2的顶部和下部分别设有污水入口20和出口，该出口通过串联的阀门4与第一级羟基电解槽5的入口连接，羟基电解槽5底部出口通过第一水泵7与第二级次氯酸钠电解槽9的入口相连，次氯酸钠电解槽9的底部出口通过第二水泵12和流量计13与中和单元14相连。所述次氯酸钠电解槽9与海水引入装置10相连，两级电解槽顶部均有除氢装置11。所述收集罐2通过支架支撑21，在收集罐底部设有排放阀门22用于排污和取样，在收集罐2顶部设有罐盖19。所述收集罐2、羟基电解槽5、次氯酸钠电解槽9、中和单元14内均装有液位计。所述中和单元有自动佘氯计16、流量计13和中和剂储存罐17。所述第一级电解槽中BDD电极与第二级电解槽中氧化物阳极面积之比可根据污水浓度与数量进行调配：1∶25、1∶50、1∶100，一般应不低于1∶25。第二级电解槽由于电极板面积大，产生大量次氯酸氧化剂，而且槽体容量大，污水停留时间长，可以充分降解，从而实现有机物完全降解。

采用该多级电化学污水处理装置处理污水的过程具体如下：

(1)、将含有大量可溶性的、类似苯环结构等难降解物质的污水经过滤网1过滤后进入收集罐2，收集罐2中设有上、下液位开关3，当污水液位达到上液位点时，上液位开关发送信号开启第一阀门4将污水送入第一级电解槽5；

(2)、收集罐中污水经有阀门4通入第一级BDD电解槽中5，当污水液位达到上液位点时，上液位开关6发送信号，关闭阀门4，并启动电解槽电解电源，产生羟基自由基进行苯环的开环等降解；

(3)、降解一定时间，取样检测污水中苯环的含量，当苯环类物质降解成链状结构物质时，第一级电解槽电源关闭，启动水泵7将污水通入到第二级次氯酸钠电解槽8中。当第一级槽内的污水达到下液位时，下液位开关发送信号启动阀门4继续通入污水，重复步骤(2)；

(4)、当第二级电解槽9污水达到中液位时，中液位开关8发生信号，关闭水泵7，启动海水引入装置10，将海水通入第二级电解槽中9，当达到高液位时，高液位开关发生信号，关闭海水引入装置10，启动电解电源，将海水与污水一起进行电解氧化，产生次氯酸钠，将污水中有机物氧化成CO₂和H₂O；

(5)、第一、二级电解槽顶部设有除氢装置11，除氢装置采用射流管，在两级电解槽的排气管上安装射流管，利用空气高速射流，产生负压，抽出氢气，排至槽外；

(6)、自阀门取样检测污水中COD值以及佘氯含量，启动水泵12和流量计13，将第二级电解槽9中污水通入中和单元14，当水位达到高液位时，关闭水泵12，根据流量计测得污水量和取样测得的佘氯含量，由控制系统自动计算所需中和剂的量，并控制储存罐17添加中和剂，本系统采用硫代硫酸钠进行中和，符合排放标准的污水由第二阀门18排出。

以含有苯酚的污水为例，初始浓度0.4g/L，COD值710mg/L，作为对比，各取溶液10份，分别在BDD电解槽和MMO电解槽电解中电解6h，BDD电极板与MMO电极板面积之比为1∶25，相同时间，测试残余COD值；再取初始溶液10份，先在BDD电解槽中电解2h，然后通入到MMO电解槽中降解4h，测试COD值，见表1。

表1含苯酚污水处理效果

实施例2，以某设施排放污水为例，初始COD浓度10600mg/L，作为对比，各取溶液1份和5份，分别通过BDD电解槽和MMO电解槽电解，BDD电极板与MMO电极板面积之比为1∶25，相同时间，测试残余COD值；再取初始溶液5份，连续通过BDD和MMO电解槽，电流和降解时间与对比试验相同，测试COD值，见表2。

表2高浓度污水处理效果

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种多级电化学污水处理装置，其特征在于：包括滤网、污水收集罐、第一阀门、羟基电解槽、第一水泵、次氯酸钠电解槽、第二水泵、流量计和中和装置；

所述滤网设置在所述污水收集罐的上部，在所述收集罐的顶部和底部分别设有污水入口和出口，所述出口通过串联第一阀门与第一级的羟基电解槽的入口连接，羟基电解槽底部出口通过第一水泵与第二级的次氯酸钠电解槽的入口相连，次氯酸钠电解槽的底部出口通过第二水泵和流量计与中和装置相连；

所述羟基电解槽的阳极采用硼掺杂金刚石(BDD)电极；

所述次氯酸钠电解槽的阳极采用金属氧化物(MMO)涂层。

2.如权利要求1所述的多级电化学污水处理装置，其特征在于：所述次氯酸钠电解槽与海水引入装置相连，在次氯酸钠电解槽和羟基电解槽的顶部均安装有除氢装置。

3.如权利要求1或2所述的多级电化学污水处理装置，其特征在于：所述收集罐通过支架支撑，在收集罐底部设有排放阀门，用于排污和取样，在所述收集罐顶部设有罐盖。

4.如权利要求1或2所述的多级电化学污水处理装置，其特征在于：所述收集罐、羟基电解槽、次氯酸钠电解槽、中和装置内均装有液位计。

5.如权利要求1或2所述的多级电化学污水处理装置，其特征在于：所述中和装置中安装有自动余氯计、流量计、中和剂储存罐和第二阀门。

6.如权利要求1或2所述的多级电化学污水处理装置，其特征在于：所述羟基电解槽的阴极为钛板。

7.一种采用权利要求1或2所述多级电化学污水处理装置进行多级电化学污水处理的方法，其特征在于，包括：

第一步，将污水引入所述多级电化学污水处理装置中，通过滤网进行过滤，进入到收集罐中；

第二步，将收集罐中的污水引入第一级的羟基电解槽进行电解，产生羟基自由基进行苯环的开环降解；

第三步，将降解后的污水送入第二级的次氯酸钠电解槽中，通过海水引入装置引入海水，将海水与污水一起进行电解氧化，产生次氯酸钠，将污水中的有机物氧化成CO₂和H₂O；

第四步，将降解后的污水检测COD值以及余氯含量，引入中和装置中进行中和，通过第二阀门排出。