CN106315774A - 一种多级电化学氧化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多级电化学氧化装置，包括两个电化学氧化池，通过调节不同电流密度和选用不同的电极，在两个电化学氧化池中对不同污染物质进行针对性降解。使用该装置对无论酸性、中性和碱性染料废水均可取得较为理想处理效果。该装置易于管理，操作简单且运行稳定可以大大降低处理废水所需能耗，节约运行成本。

Description

一种多级电化学氧化装置
技术领域
本发明涉及一种多级电化学氧化装置，属于工业染料废水控制领域。
背景技术
目前我国染料产量为420000吨,约占世界总产量的45%,居世界第一。然而,每生产1吨染料,将有2%的产品随废水流失,这不仅造成了极大的经济损失,也给环境带来了严重的污染。染料及中间体品种繁多,生产工艺复杂,特别是由于副反应多,导致收率低,污染物排放量大。许多产品在生产过程中要经过对所需要的目的产物盐析、过滤、洗涤等工序,这样就会产生大量的母液和洗涤水,这些废水有的含酸,有的含盐,有的含碱,或兼而有之。又由于含有副产物、杂质、未反应的原料等因素的存在,往往含有大量有机物,多数染料废水生物降解性差,甚至完全不能降解,因此治理技术难度很大。
目前染料废水的处理主要有生物法、物理化学法和电化学方法。生物法处理工艺成本较低，但是降解过程相对缓慢，耗时较长，其处理设备的占地面积以及基础建设的投资均较大。物理化学方法对染料的脱色与降解，包括吸附沉淀、化学氧化、光催化、高压脉冲电解、离子交换技术超滤脱色技术等各种方法，这些方法虽然效果都较好，但是成本都非常高。
近年来，随着电化学科学与电力工业的发展，电化学设备相对简单，场地需求较小，且较易实现自动控制，可以大大降低处理成本，使得电化学已成为一类非常具有竞争力的一种染料废水处理方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多级电化学氧化装置，该装置含有两个电化学氧化池，一级电化学氧化池包括以下部件：包括、进水口1、挡板2、阳极3、阴极4、溢流堰5、电源6、排泥口14，壳体16；二级电化学氧化池包括液体分布器13、阳极床9、阴极床10、电源12、活性炭过滤层8、出水口11，壳体17。一级电化学氧化池中进水口1位于壳体16上方， 进水口1处设置挡板2，阳极3与阴极4分别等距平行放置，阳极3与阴极4分别与电源6正负极相连，出水口处设置溢流堰5，经蠕动泵7流入二级电化学氧化池，壳体16下方设置排泥口14；二级电化学氧化池进水口在壳体17上方，进水口处设置液体分布器13，下方设置活性炭过滤层8，活性炭过滤层8下方设置3层以上阳极床9，阳极床9下方设置3层以上阴极床10，阴极床10与阳极床9分别与电源12正负极相连，在壳体17下方设置出水口11。
本发明所述壳体16为长方体，长600mm，宽300mm，高300mm；壳体17为圆柱体，反应器直径400mm，高600mm。
本发明进水口1前方设置挡板3有利于液体分布均匀，防止污水流速过快，影响电极处理效果。
本发明溢流堰5选用齿形堰，可以很好地抑制由于溢流造成的液层分布不均匀的现象，大大提高装置处理效果。
本发明一级电化学氧化池阳极3采用SnO2/Ti电极材料，采用常规方法制备得到，阴极4采用不锈钢电极。阴极4与阳极3等距间隔放置，间距为60mm~80mm。其中阳极材料制备的具体步骤如下：
对钛基体进行打磨、碱洗、酸洗三步，获得清洁的钛基体表面；配制一定浓度的SnCl4和SnCl3溶液，通过以一定浓度的氨水为沉淀剂的共沉淀方法使之生成沉淀；沉淀经过滤洗涤后，除去Cl-,然后在一定温度范围内用草酸回溶，最后加入适量聚乙二醇制成溶胶；将溶胶涂覆在钛基体表面，然后在90oC下烘干15min使溶胶变为凝胶，此过程反复进行多次后，在600oC进行热处理获得SnO2/Ti电极。
本发明排泥口14设置在壳体16底部，结构与人孔相似，直径100mm。
本发明采用蠕动泵7将一级电化学氧化池出水，抽入二级电化学反应池，在二级电化学反应池进水口处设置液体分布器13。体分布器13为排管式分布器，其中喷孔孔径为6~9mm，孔数为50~100个/m2，液体分布器可以保证液体在反应器中分布均匀。
本发明在二级电化学氧化池进水口15下方设置活性炭填料层8，活性炭采用市售净水活性炭，活性炭层高60mm。通过活性炭填料层的吸附作用，可将一级电化学氧化池出水中的悬浮物质截留下来，以及吸附一些无法降解的二次产物，以保证二级电化学氧化池的正常运行。
本发明阳极床9中阳极材料为PbO2/Ti电极，采用电化学沉积法制得。阴极床10中阴极材料为不锈钢电极。其中阳极材料制备工艺如下：
钛基体进行打磨、碱洗、酸洗三步，获得清洁的钛基体表面，将钛基体从草酸溶液中取出并迅速放入电沉积溶液中，选用不锈钢电极为阴极，控制电流密度20mA/cm2，经适当的电沉积时间后可获得不同厚度的PbO2电沉积涂层。电沉积溶液组成为：0.1mol/L HNO3、0.5mol/L Pb(NO3)2及40mmmol/L氟化钠添加剂
本发明阳极床9与阴极床10固定于壳体17上，各层均可拆卸，并能根据不同要求调节阳极与阴极极板的间距。
本发明运行效果如下：（1）本发明对污水进行两次电化学氧化处理，第一次可去除大部分有机污染物质，可以有效去除染料废水中COD，对含有碳双键、偶氮、卤代基和硝基的难降解有机物质有非常好的降解效果，对有机物浓度大，高盐度，高色度，高毒性、难生物降解染料废水的处理，BOD/COD提高0.1~0.3，COD去除率为70%~90%。第二次电解进一步氧化其中大分子有机物，进行色度去除，色度去除率为95%以上。
(2)本发明反应器反应条件为常温、常压，反应条件温和，操作简单，电解反应器中电极耐用，可长时间不更换，并拆卸简单，易于更换。
(3)本发明操作过程中，无需添加其他化学药剂，无二次污染问题，并且应用灵活，占地面积小，运行成本与处理费用都较低。特别适合于含盐量高，色度大的难降解染料废水，即可作为预处理技术，又可作为深度处理技术。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的溢流堰结构示意图。
图3是本发明液体分布器结构示意图。
图中：一级电化学氧化池中，1是进水口，2是挡板，3是阳极，4是阴极，5是溢流堰，6是电源，7是泵，14是排泥口，16是壳体；二级电化学氧化池中，8是活性炭过滤层，9是阳极床，10是阴极床，11是出水口，12是电源，13是液体分布器，17是壳体。
具体实施方式
1.电化学氧化装置的运行方式：1）废水从一级电化学氧化池进水口进水，在一级电化学氧化池中电解30~60min后，停止电解；2）一级电化学氧化池中出水经蠕动泵运至二级电化学氧化池进行深化处理；3）废水在二级电化学氧化池中先经活性炭过滤层吸附过滤后在反应器中电解40~80min，直至达到所需要处理效果；4)在二级电化学氧化池电解同时一级电化学反应池同时进水，两反应器交替进行电解。
2.多级电化学氧化装置应用实例。
【实施例1】：处理酸性偶氮染料废水
实验废水取自青岛双桃精细化工有限公司，原水各指标为COD:9350mg/L、色度1200、氨氮150mg/L、PH=1.18。生物可生化性极低。本实例中一级电化学氧化池中采用SnO2/Ti电极为阳极，不锈钢电极为阴极，调节电流密度为20mA/cm2，电解30分钟后，出水进入二级电化学氧化池。二级电化学氧化池中，采用网状PbO2/Ti电极为阳极，不锈钢电极为阴极，调节电流密度为15mA/cm2，电解60分钟。实验结束后COD为2500mg/L，氨氮24mg/L，色度基本变为无色透明，且COD去除基本都在一级电化学氧化池中进行，一级电化学氧化池出水COD为2953mg/L，色度不降反增。在二级电化学氧化池中主要进行色度去除，出水变为无色透明。COD去除率73%，色度去除率98%以上，B/C从0.009提升至0.021，可生化性显著提高。因此本发明可作为污水处理工艺中的前期处理工艺。
【实施例2】：处理中性偶氮染料废水
实验废水同样取自青岛双桃精细化工有限公司，原水各指标为COD:10821mg/Ll、色度1024、PH=7.58。本实例中一级电化学氧化池采用SnO2/Ti电极为阳极，不锈钢电极为阴极，调节电流密度为25mA/cm2电解50分钟，出水进入二级电化学氧化池。在二级电化学氧化池中，污水经活性炭层过滤后，调节电流密度为30mA/cm2，电解80分钟，直至色度不在发生变化。二级电化学氧化池中阳极采用网状PbO2/Ti或SnO2/Ti电极，阴极采用不锈钢电极。实例总出水各指标为COD为3200mg/Ll，色度64，其中一级电化学氧化池出水COD为3600 mg/L，出水成淡黄色。COD去除率71%，色度去除率94%，可生化性从0.009提升至0.018。
【实施例3】:处理碱性偶氮染料废水
实验废水同样取自青岛双桃精细化工有限公司，原水各指标为COD：8650mg/L，色度1400，PH=13.5。
直接将未经预处理污水加入反应器中，一级电化学氧化池中采用SnO2/Ti电极为阳极，不锈钢电极为阴极，调节电流密度为30mA/cm2，电解80分钟后，出水进入二级电化学氧化池。二级电化学氧化池中，采用网状PbO2/Ti电极或SnO2/Ti电极为阳极，不锈钢电极为阴极，调节电流密度为15mA/cm2，电解60分钟。总出水各指标为COD：4200mg/L色度256。COD去除率为52%，色度去除率为82%，可生化性从0.009提升至0.020。
将污水进行加盐酸预处理，调节污水PH为3时，在进水电化学氧化装置中处理。一级电化学氧化池采用SnO2/Ti电极为阳极，不锈钢电极为阴极，调节电流密度为20mA/cm2电解40分钟，出水进入二级电化学氧化池。在二级电化学氧化池中，污水经活性炭层过滤后，调节电流密度为20mA/cm2，电解60分钟，直至色度不在发生变化。二级电化学氧化池中阳极采用网状PbO2/Ti或SnO2/Ti电极，阴极采用不锈钢电极。实例总出水各指标为COD为1643mg/L，色度128，其中一级电化学氧化池出水COD为1965 mg/L，出水成淡黄色。COD去除率81%，色度去除率90%，可生化性从0.009提升至0.023。

Claims (7)

1.一种多级电化学氧化装置，其特征在于：该装置含有两个电化学氧化池，一级电化学氧化池包括以下部件：包括、进水口1、挡板2、阳极3、阴极4、溢流堰5、电源6、排泥口14，壳体16；二级电化学氧化池包括液体分布器13、阳极床9、阴极床10、电源12、活性炭过滤层8、出水口11，壳体17;一级电化学氧化池中进水口1位于壳体16上方， 进水口1处设置挡板2，阳极3与阴极4分别等距平行放置，阳极3与阴极4分别与电源6正负极相连，出水口处设置溢流堰5，经蠕动泵7流入二级电化学氧化池，壳体16下方设置排泥口14；二级电化学氧化池进水口在壳体17上方，进水口处设置液体分布器13，下方设置活性炭过滤层8，活性炭过滤层8下方设置3层以上阳极床9，阳极床9下方设置3层以上阴极床10，阴极床10与阳极床9分别与电源12正负极相连，在壳体17下方设置出水口11。
2.根据权利要求1所述的电化学氧化装置，其特征在于：一级电化学氧化池为直流式，采用SnO2/Ti电极为阳极，不锈钢电极为阴极；二级电化学氧化池为竖流式，采用网状PbO2/Ti电极为阳极，不锈钢电极为阴极，且阴极在下阳极在上，可利用阴极反应产生的气体对污水进行搅拌，提高传质效率。
3.根据权利要求1所述电化学氧化装置，其特征在于：一级电化学氧化装置主要进行COD降解，二级电化学氧化装置主要进行色度去除。
4.根据权利要求书1所述的电化学氧化装置，其特征在于：液体分布器13为圆形排管式分布器，液体分布器13设置在二级电化学氧化池入口处其中喷孔孔径为6~9mm，孔数为50~100个/m2。
5.根据权利要求1所述电化学氧化装置，其特征在于：二级电化学氧化池上部设置了活性炭过滤层，活性炭采用市售净水活性炭，活性炭层高60mm。
6.根据权利要求1所述电化学氧化装置，其特征在于：一级电化学氧化池出水口设置齿形溢流堰。
7.根据权利要求1所述电化学氧化装置，在处理实际染料废水中，无论是酸性，中性或碱性染料废水都能取得良好的处理效果。
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