CN106915802B

CN106915802B - 难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置及处理方法

Info

Publication number: CN106915802B
Application number: CN201710234982.4A
Authority: CN
Inventors: 丁晶; 赵庆良; 王思宁; 黄慧彬
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2020-03-10
Anticipated expiration: 2037-04-12
Also published as: CN106915802A

Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置及处理方法。反应器壳体内分为圆腔反应区和锥腔沉淀区，圆腔反应区内设有半弧形钌铱阳极和半弧形多孔铁网，中间设有对称分布的绝缘垫，反应器壳体内设有不锈钢阴极；锥腔沉淀区底部设有排泥管；反应器壳体顶部设有进水管，反应器壳体底部设有排水管；半弧形钌铱阳极、半弧形多孔铁网及不锈钢阴极与稳压电源连接。废水经过进水管进入反应器内，启动反应器，打开稳压电源和电动机，阴极随电动机缓慢转动，废水随阴极缓慢搅拌，废水在多孔铁网附近发生类芬顿、电絮凝等反应，在钌铱阳极附近发生电氧化等过程，废水由排水管排出，沉淀物通过排泥管排出。

Description

难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置及处理方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置及处理方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高和工农业生产的飞速发展，未经处理的废水直接排放将给水环境带来更大的压力，造成水体污染。水资源的分布不均和污染的日益加剧加速了水处理行业的发展。治理水污染已经成为全球水资源可持续利用发展的重要战略目标。为了能够合理开发利用水资源，污水处理技术不断研究改进治理方法。目前常用的方法主要有：厌氧-好氧AAO法、循环活性污泥法、生物滤池等生物化学方法。但难降解废水如印染废水、焦化废水、含酚类废水、含农药废水以及垃圾渗滤液等废水中的污染物种类多、营养比例失调、难生物降解、具有高浓度和高毒性等特点，这些废水可生化性差，利用传统生化方法处理难以达标排放。

电化学处理方法有操作设备简单、停留时间短、结构紧凑、占地面积比较小、操作维护方便及无二次污染等优点，且不受难降解有机物的影响，在处理难降解废水过程中更有优势。然而，传统的电化学过程常因为处理污染物单一，电流效率利用率不高等原因，其使用受到限制。针对以上不足，本发明设计了一种组合电化学处理装备，在一体化设备中同时实现电氧化、电絮凝、类芬顿等处理过程，以达到去除污水中难降解有机物、氮、磷等污染物，使废水能够达标排放。

发明内容

本发明弥补和改善了上述现有技术的不足之处，为实现难降解有机废水的深度处理出水能够达标，该反应装置包含电氧化、电絮凝、类芬顿等过程，可以电化学方法直接去除废水中的难降解有机物、氮、磷等污染物，使废水能够达标排放，可以大规模地推广和使用。

本发明采用的技术方案为：一种难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置，包括电机、减速器、两个皮带轮及反应器壳体，反应器壳体内分为圆腔反应区和锥腔沉淀区，圆腔反应区内设有半弧形钌铱阳极和半弧形多孔铁网，半弧形钌铱阳极和半弧形多孔铁网中间设有对称分布的绝缘垫，半弧形钌铱阳极和半弧形多孔铁网组成的筒形结构内设有不锈钢阴极，不锈钢阴极通过转轴与皮带轮连接，皮带轮通过皮带与减速器的皮带轮联接，减速器的输入轴与电机的输出轴连接；所述的锥腔沉淀区底部设有排泥管；所述的反应器壳体顶部设有进水管，反应器壳体底部设有排水管；所述的半弧形钌铱阳极、半弧形多孔铁网及不锈钢阴极与稳压电源连接。

所述的半弧形钌铱阳极采用钌铱材料制成。

所述的圆腔反应区和锥腔沉淀区的高度比为7:1。

一种应用权利要求1所述的反应装置处理难降解有机废水的处理方法，其该处理方法包括以下步骤：

第一步、将难降解有机废水通过进水管注入到反应器壳体内；

第二步、打开稳压电源和启动电机，电流为5A，电机经减速器的输出转速为1.5转/小时，不锈钢阴极在电机的驱动下缓慢转动，废水被缓慢搅动，以此来增大反应过程中的分子碰撞，提高反应效率；其中，在半弧形钌铱阳极附近，在含氯的废水中发生电氧化过程，有效的去除废水中氨氮，产生的次氯酸氧化剂对废水兼具消毒作用，同时，产生的产物氮气无二次污染，具体反应如下：

（1）

（2）

（3）；

半弧形多孔铁网作为并联使用的阳极，在外加电源作用下，铁网溶解，并与阴极产生的氢氧根离子发生絮凝反应生成氢氧化物，使其发挥电絮凝的作用，从而达到去除部分有机物、悬浮物及磷的目的，具体反应如下：

（4）

（5）

（6）；通过不锈钢阴极的搅动，半弧形多孔铁网上产生的亚铁离子和半弧形钌铱阳极上产生的次氯酸充分接触，并发生类芬顿反应生成羟基自由基，羟基自由基氧化能力强，可以无选择性的氧化多类有机污染物，具体反应如下：

（7）；

第三步、废水在随着不锈钢阴极转动的过程中，依次发生上述反应后通过排水管排出反应器壳体，反应过程中产生的絮凝物等沉淀物通过锥形沉淀区收集并通过排泥管排出。

本发明的有益效果：主要体现在以下几方面：

（1）、包含电氧化、电絮凝、类芬顿等过程，可以通过多种电化学反应联合去除废水中的有机物、氮、磷、色度等多种污染物，实现废水最终的达标排放。可以广泛应用于难降解有机废水，处理效果良好，不存在二次污染；

（2）、使用电动机带动阴极转动，阴极在转动过程中起到搅拌的作用，加强过程传质，加剧污染物分子间的碰撞，增加絮凝沉淀部分的絮凝物的形成，加快反应进程，能够更好地去除废水中的污染物；

（3）、阳极选择钌铱材料，通电后，在含氯的废水中可以发生电氧化过程，有效的去除废水中氨氮，产生的次氯酸氧化剂对废水兼具消毒作用。同时，产生的产物氮气无二次污染；

（4）、设置了多孔铁网作为并联使用的阳极，在外加电源作用下，铁网溶解，并与阴极产生的氢氧根离子发生絮凝反应生成氢氧化物，使其发挥电絮凝的作用，从而达到去除部分有机物、悬浮物及磷的目的；

（5）、通过阴极在装置内的搅动作用，可时铁网上产生的亚铁离子和钌铱阳极上产生的次氯酸充分接触，并发生类芬顿反应生成羟基自由基。羟基自由基氧化能力强，可以无选择性的氧化多类有机污染物；

（6）、使用半弧形的阳极构型，可以扩大阳极面积，增大阳极反应的接触面积，提高电氧化过程的速率，使反应能够更快地进行。同时，半弧形的极板中的绝缘体设计可以使双阳极始终保持并联作用，在阴极转到任何角度时，体系中有电流通过，反应能够持续进行；

（7）、设有沉淀区，废水在流经反应器时通过电絮凝沉淀下来的沉淀物可通过排泥管排出，无需再设沉淀装置，实现了反应装置的一体化设计，并减少了另设沉淀池所产生的基建费用。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的俯视结构示意图。

具体实施方式：

参照图1和图2，该反应装置适用于难降解有机物的处理过程，反应器壳体10为圆筒状设计，在反应器壳体10内，外圈为半弧形钌铱阳极9和半弧形多孔铁网3组成的筒形结构的阳极，中间为平板式不锈钢阴极6，采用阳极极板并联模式工作，两阳极中间通过绝缘垫8隔开，电机1驱动不锈钢阴极6缓慢转动，能够增大反应过程中的絮凝沉淀过程和电氧化过程反应分子间的碰撞，有利于污染物的去除。其中两个阳极同时采用铁网和钌铱电极，阴极采用不锈钢SS304板。废水通过进水管2进水，分别经过铁阳极的电絮凝、钌铱电极的电氧化以及铁和余氯的类芬顿等作用去除污染物，处理后的废水再由排水管7排出。将两阳极电极加工成半弧形进行安装，增大了阳极极板面积，提高了电氧化和电絮凝过程的效率，并且保证在阴极转动过程中，电化学过程能够保持电流通过，反应能够持续进行。不锈钢阴极6在反应器壳体10的中心缓慢转动以搅拌反应器中的废水，加剧污染物碰撞，增大传质，加快电氧化、电絮凝以及类电芬顿的反应进程，所产生的的絮凝沉淀物将沉积在反应器底部的锥腔沉淀区4，通过排泥管5排出反应器。阴阳两极通过电线与直流稳压电源12相连。

该一体式电化学反应装置是由铁、钌铱材料为阳极，不锈钢板作为阴极所构成。其中半弧形多孔铁网3的网孔直径为2mm，反应器中的废水能够顺利通过。反应器中的铁网和钌铱阳极加工成半弧形，中间设有绝缘垫8，形成一个封闭的筒形结构。反应器壳体10底部设有锥腔沉淀区4，反应过程中产生的絮凝物通过沉淀进入沉淀区并由排泥管5排除。运行时，电流密度选为10~25mA/cm²，水力停留时间可根据不同的水质情况及处理要求实时调整。

实施例一

将难降解有机废水通过进水管2注入到反应器壳体10内；打开稳压电源11和启动电机1，电流为5A，电机1经减速器14的输出转速为1.5转/小时，不锈钢阴极6在电机1的驱动下缓慢转动，废水被缓慢搅动，以此来增大反应过程中的分子碰撞，提高反应效率；其中，在半弧形钌铱阳极9附近，在含氯的废水中发生电氧化过程，有效的去除废水中氨氮，产生的次氯酸氧化剂对废水兼具消毒作用，同时，产生的产物氮气无二次污染；半弧形多孔铁网3作为并联使用的阳极，在外加电源作用下，铁网溶解，并与阴极产生的氢氧根离子发生絮凝反应生成氢氧化物，使其发挥电絮凝的作用，从而达到去除部分有机物、悬浮物及磷的目的；通过不锈钢阴极6的搅动，半弧形多孔铁网3上产生的亚铁离子和半弧形钌铱阳极9上产生的次氯酸充分接触，并发生类芬顿反应生成羟基自由基，羟基自由基氧化能力强，可以无选择性的氧化多类有机污染物；废水在随着不锈钢阴极6转动的过程中，依次发生上述反应后通过排水管7排出反应器壳体10，反应过程中产生的絮凝物等沉淀物通过锥形沉淀区4收集并通过排泥管5排出。

实施例二

按照实施例一的操作步骤，反应器壳体10的废水来自于某老龄化垃圾填埋场渗滤液，老龄化垃圾渗滤液的污染性较高，水质波动时间较大且可生化性较差。该一体式电化学反应装置可作为预处理过程的处理设备，去除废水中的部分污染物，提高废水的可生化性，方便后续生化处理。反应装置的电流为5A，废液停留时间为5h，所测得的平均进水COD、氨氮和TP浓度分别为3000、240和30mg/L，在多种机制作用下，平均出水 COD、氨氮和TP浓度分别为468、47和3.2 mg/L，反应器对COD、氨氮和TP的去除率分别为84%、80%和88%，出水可进一步生化处理，反应过程中所产生的沉积物由排泥管5排出。

实施例三

按照实施例一的操作步骤，反应器壳体10的废水的进水来自于某焦化厂排放的废水，焦化废水成分复杂，除含有高浓度的氨氮、氰化物等无机物外，还含有大量的酚类、吡啶、喹啉等有毒的难降解有机污染物。采用本一体式电化学反应装置对焦化废水进行处理，进水情况为COD 3500mg/L，其中挥发酚640mg/L，氨氮280mg/L。设定反应电流为5A，停留时间为8 h，经过反应器作用后，平均出水COD为600mg/L，挥发酚含量降至28mg/L，氨氮浓度为21mg/L。反应过程中产生的黄黑色沉积物由排泥管5排出。

Claims

1.一种难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置，包括电机（1）、减速器（14）、两个皮带轮（13）及反应器壳体（10），其特征在于：反应器壳体（10）内分为圆腔反应区（11）和锥腔沉淀区（4），圆腔反应区（11）内设有半弧形钌铱阳极（9）和半弧形多孔铁网（3），半弧形钌铱阳极（9）和半弧形多孔铁网（3）中间设有对称分布的绝缘垫（8），半弧形钌铱阳极（9）和半弧形多孔铁网（3）组成的筒形结构内设有不锈钢阴极（6），不锈钢阴极（6）通过转轴与皮带轮（13）连接，皮带轮（13）通过皮带与减速器（14）的皮带轮（13）联接，减速器（14）的输入轴与电机（1）的输出轴连接；所述的锥腔沉淀区（4）底部设有排泥管（5）；所述的反应器壳体（10）顶部设有进水管（2），反应器壳体（10）底部设有排水管（7）；所述的半弧形钌铱阳极（9）、半弧形多孔铁网（3）及不锈钢阴极（6）与稳压电源（12）连接。

2.根据权利要求1所述的一种难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置，其特征在于：所述的半弧形钌铱阳极（9）采用钌铱材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置，其特征在于：所述的圆腔反应区（11）和锥腔沉淀区（4）的高度比为7:1。

4.一种应用权利要求1所述的反应装置处理难降解有机废水的处理方法，其特征在于：该处理方法包括以下步骤：

第一步、将难降解有机废水通过进水管（2）注入到反应器壳体（10）内；

第二步、打开稳压电源（11）和启动电机（1），电流为5A，电机（1）经减速器（14）的输出转速为1.5转/小时，不锈钢阴极（6）在电机（1）的驱动下缓慢转动，废水被缓慢搅动，以此来增大反应过程中的分子碰撞，提高反应效率；其中，在半弧形钌铱阳极（9）附近，在含氯的废水中发生电氧化过程，有效的去除废水中氨氮，产生的次氯酸氧化剂对废水兼具消毒作用，同时，产生的产物氮气无二次污染，具体反应如下：

半弧形多孔铁网（3）作为并联使用的阳极，在外加电源作用下，铁网溶解，并与阴极产生的氢氧根离子发生絮凝反应生成氢氧化物，使其发挥电絮凝的作用，从而达到去除部分有机物、悬浮物及磷的目的，具体反应如下：

通过不锈钢阴极（6）的搅动，半弧形多孔铁网（3）上产生的亚铁离子和半弧形钌铱阳极（9）上产生的次氯酸充分接触，并发生类芬顿反应生成羟基自由基，羟基自由基氧化能力强，可以无选择性的氧化多类有机污染物，具体反应如下：

第三步、废水在随着不锈钢阴极（6）转动的过程中，依次发生上述反应后通过排水管（7）排出反应器壳体（10），反应过程中产生的絮凝物沉淀物通过锥形沉淀区（4）收集并通过排泥管（5）排出。