CN106882885A - 一种三维电极耦合铁碳微电解污水处理工艺 - Google Patents

Abstract

一种三维电极耦合铁碳微电解污水处理工艺，包括调节物化反应装置中的正极不锈钢和负极石墨板的间距4‑10㎝；将铁碳填料装入物化反应装置中，铁碳粒径8‑10㎜；调节待处理废水的PH值,使PH值为5‑7；打开蠕动泵自循环装置,启动电源,设置电压8‑12V,使有机废水常温常压下进行物化反应,反应时间1.5‑3h。该工艺通过结合外置电极和微电解填料组成三维电极，对高浓度难降解有机废水进行处理，相对于传统的电化学和微电解方法对污水有更高效的处理效果，同时操作简便，运行稳定，成本合理。

Description

一种三维电极耦合铁碳微电解污水处理工艺

技术领域

本发明涉及一种三维电极耦合铁碳微电解污水处理工艺,属于环保技术领域。

背景技术

高级氧化技术(Advanced oxidation process,AOPs)主要用于高浓度难降解类有机污染物的新技术。其主要特点是(1)产生大量非常活泼的羟基自由基(·OH)，并产生大量链式反应；(2)·OH能无选择性的直接与废水中的污染物反应，甚至矿化为二氧化碳和水，不产生二次污染物；(3)反应可以在常温常压下进行，能单独进行处理也可以与其他反应结合。根据其使用的氧化剂及条件不同，一般分为芬顿、类芬顿氧化、光化学和光催化氧化法、超声氧化、电化学氧化法等。

其中三维电极和铁碳微电解技术均属于高级氧化技术范畴。

铁碳微电解是当将铁屑和碳颗粒浸没在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阳极,电位高的碳做阴极,在含有电解质的水溶液中发生电化学反应。反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子进入溶液。由于二价及氧化后的三价铁离子有混凝作用,它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸,形成比较稳定的絮凝物而去除。一般也可以加入适当比例的粉末状铜或铅，这样可以提高电极电位，促进反应的进行。

三维电极，又叫粒子电极(particle electrode)或床电极(bed electrode)，它是在传统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进的工作电极材料表面带电，成为新的一极(第三极)，在工作电极材料表面能发生电化学反应。与二维电极相比，三维电极反应器的反应区域不再局限于电极的简单表面上，而是在整个三维空间进行，极大的提高了面体比，且因粒子间距小，物质传质效果得到改善，反应进程大大缩短，因而具有较高的电流效率和单位时空产率。

三维电极目前的研究主要集中在三个方面：一个是三维电极新型电极材料的制备与创新，以及三维电极填料粒子的材料探索、制备；二是三维电极结构方面的优化探索创新；三是将三维电极尝试应用在越来越多不同类型的废水的处理上的探索，以及将三维电极与越来越多其它的传统处理技术或是新型技术的结合。

三维电解耦合铁碳微电解是将三维电极和铁碳微电解技术有机的结合起来，最大程度发挥两个优势的同时，相较这两种技术的单独使用有更大的利用效率。

对于一些难降解有机物、高COD、高NH₃-N、高含盐量的废水，传统的生化处理难以达标，同时对进水的要求较高。而在可生化性较好的条件下，传统的生化处理能更好的净化污水，三维铁碳微电解技术可以大程度的提高污水的可生化性，改善污水水质，在结合后期生化处理的条件下，对难处理的污水有很好的处理效果，具有广泛的前景和经济利益。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术处理高浓度难降解有机废水的不足，分别结合电极氧化法和铁碳微电解技术，参考三维电极的方法，提供一种三维电极铁碳微电解污水处理工艺。

本发明所述工艺采取的处理系统包括直流稳压数字电源、物化反应装置、不锈钢板、石墨板、铁碳填料、蠕动泵自循环装置、循环污水管连接头、电源线、污水循环管、污水出口；物化反应装置内部两边分别设置不锈钢板和石墨板，并分别连接电源的正负极；不锈钢为正极,石墨为负极；两电极板之间放置铁碳填料；铁碳粒径8-10㎜,两条污水循环管一头连接蠕动泵自循环装置的污水管连接头,另一头通入物化反应装置。

本发明所述工艺步骤如下:

(1)调节物化反应装置中的正极不锈钢和负极石墨板的间距4-10㎝；

(2)将铁碳填料装入物化反应装置中，铁碳粒径8-10㎜；

(3)调节待处理废水的PH值,使PH值为5-7；

(4)打开蠕动泵自循环装置,启动电源,设置电压8-12V,使有机废水常温常压下进行物化反应,反应时间1.5-3h。

处理装置中的正极不锈钢,负极石墨和铁碳填料构成三维电极系统,在蠕动泵自循环装置的作用下，污水的均质程度以及污水中溶解氧含量得到有效提升以满足反应需要，同时污水被充分搅拌并且在电场中停留一定时间，其中部分污染物在电极极板上被直接电解氧化，大部分污染物质被电极极板表面以及微电极粒子表面电解产生的强氧化物质，如羟基自由基等氧化后降解，还有一部分污染物质被电极置换氧化，以及铁碳填料吸附和铁化合物絮凝沉降去除。

最佳反应条件：

对COD的去除而言，最佳的反应电压为12V,初始pH值为5，板间距为10cm,反应时间为2h20min；

对NH₃-N的去除而言，最佳的反应电压为8V,初始pH值为7，板间距为6cm,反应时间为2h20min；

对提高可生化性B/C而言，最佳的反应电压为12V,初始pH值为5，板间距为4cm,反应时间为2h20min。

本发明的有益效果：

使用预先烧结成型的铁碳材料，而不是自行按比例配置，使用方便，运行稳定可靠，损耗低，可定期投加，此外填料价格便宜；可根据污水中污染物的成分特点，控制电流大小与停留时间，从而取得更有针对性的处理效果；在同时降解污水中氮、难降解有机污染物的同时，对水中悬浮物、水的色度也有较好的处理效果，出水清澈，无悬浮物，反应器产生污泥量少，能较大程度提高污水C/N比、B/C比，较大程度降低后期生化处理难度。

电极与铁碳微电解填料组成三维电极，较单独使用电极或者微电解，电极加强了微电解的效率，微电解填料也提高了电场效率和电流作用区域的面积。

电流强度、反应器停留时间均可以单独控制，可针对污水的性质，合理的调整，起到优化效率和经济利益的目的。

反应形成大量的强氧化基团，以羟基(·OH)为代表，产生一系列的链式反应降解水中污染物的同时，电解也产生大量的铁离子，可通过共沉淀去除污水中的磷，也可通过絮凝沉淀进一步去除污水中杂质。

预成型的填料投加方便，操作简单，价格便宜，产生的污泥少，降低了二次污染的程度。

附图说明

图1为本发明所述工艺所使用的三维铁碳微电解污水处理装置结构示意图；

图中:1.直流稳压数字电源 2.物化反应装置 3.不锈钢板 4.石墨板 5.铁碳填料6.蠕动泵自循环装置 7.循环污水管连接头 8.电源线 9.污水循环管 10.污水出口↓表示污水加入。

具体实施方式

结合附图说明如下:

本发明所述工艺采取的处理系统结构包括直流稳压数字电源、物化反应装置、不锈钢板、石墨板、铁碳填料、蠕动泵自循环装置、循环污水管连接头、电源线、污水循环管、污水出口；物化反应装置内部两边分别设置不锈钢板和石墨板，并分别连接电源的正负极；不锈为正极,石墨为负极；两板之间放置铁碳填料；铁碳粒径8-10㎜,两条污水循环管一头连接蠕动泵自循环装置的污水管连接头,另一头通入物化反应装置。

处理装置中的正极不锈钢,负极石墨和铁碳填料构成三维电极系统,在蠕动泵自循环装置的作用下，污水的均质程度以及污水中溶解氧含量得到有效提升以满足反应需要，同时污水被充分搅拌并且在电场中停留一定时间，其中部分污染物在电极极板上被直接电解置换氧化，大部分污染物质被电极极板表面以及微电极粒子表面电解产生的强氧化物质，如羟基自由基等氧化降解，还有一部分污染物质被电极置换氧化，以及铁碳填料吸附和铁化合物絮凝沉降去除。

污水处理前后情况对比如下表。

装置处理废水为高浓度难降解有机废水,经测试，其水质情况大致如下：

项目	COD	BOD
				含量(mg/L)	29100	138.2	410

本系统对于污染物含量越高的废水处理效果越好，一般生物法及其它处理法处理高浓度难降解有机废水难度较大，但对于电化学法处理时，因为其含有的电解质和金属离子复合物等会使其导电性能更好，所以越有利于发挥装置性能，节省外加电场电能的消耗。

处理后的废水水质：

可生化性B/C提高：280/1260-138.2/29100＝21.8％。

Claims (1)

1.一种三维电极耦合铁碳微电解污水处理工艺,其特征在于: 所述工艺步骤如下:

(1)调节物化反应装置中的正极不锈钢和负极石墨板的间距4-10㎝；

(2)将铁碳填料装入物化反应装置中，铁碳粒径8-10㎜；

(3)调节待处理废水的PH值,使PH值为5-7；

(4)打开蠕动泵自循环装置,启动电源,设置电压8-12V,使有机废水常温常压下进行物化反应,反应时间1.5-3h；

处理装置中的正极不锈钢,负极石墨和铁碳填料构成三维电极系统,在蠕动泵自循环装置的作用下，污水的均质程度以及污水中溶解氧含量得到有效提升以满足反应需要，同时污水被充分搅拌并且在电场中停留一定时间，其中部分污染物在电极极板上被直接电解氧化，大部分污染物质被电极极板表面以及微电极粒子表面电解产生的强氧化物质，如羟基自由基等氧化后降解，还有一部分污染物质被电极置换氧化，以及铁碳填料吸附和铁化合物絮凝沉降去除。