CN108128852A - 污水处理方法及处理设备 - Google Patents

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陈梅
王莘
陈炳东
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Abstract

本发明涉及污水处理方法和污水处理设备，通过在电催化氧化反应器中，结合使用微纳米气泡发生设备，将电催化氧化技术和微纳米气泡技术相结合处理污水，极大地提升了水中的溶解氧，提高了水体氧化还原电位，消除了水体富营养化风险，并可以隔油、除沫、杀菌的同时，吸附大量的微污染有机物，显著提高了电催化过程对COD、油脂、水中悬浮物、病原微生物的去除效率。

Description

污水处理方法及处理设备
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别涉及一种污水处理方法及处理设备。
背景技术
水是人类赖以生存不可或缺的自然资源，随着人类社会的不断进步、工农业的飞速发展及人口的持续增长，极为有限的供水资源受到水质恶化和生态破坏的严重威胁，这大大加剧了水资源短缺的矛盾。水资源短缺和水环境恶化己成为21世纪全球资源环境领域面临的首要问题，在严重制约人类社会发展和进步。
在处理污废水方面，电催化氧化法是当下的研究热门之一。其主要优势有催化效率稳定，氧化剂利用率高达95％以上，催化电极使用寿命长，工艺简洁，操作便捷，工程投资省，运行费用低等。
在污废水处理工艺中，尤其在处理富营养化水方面，溶解氧是最重要的指标之一，提升溶解氧含量也是水处理技术的重难点。曝气充氧法在富营养化水污染处理中被广泛应用。曝气充氧法主要是通过向水中补充氧气，保证水生生物生命活动及微生物氧化分解有机物的氧气供应，同时搅拌水体达到水体循环的目的。曝气的方式主要有自然跌水曝气和机械曝气，自然跌水曝气充氧效率低，机械曝气的热点研究主要集中在微纳米气泡技术领域，微纳米气泡具有比表面积大，气泡上升速度慢，自身增压溶解，表面带电，气泡破裂瞬间能产生大量的自由基，气液传质效率溶解率高等特点与优势，但只能延缓水休富营养化的发生，不能从根本上解决水体富营养化。
发明内容
本发明的目的是为解决以上问题的至少一个，本发明提供一种采用电催化和微纳米气泡技术相结合的污水处理设备和污水处理方法，该污水处理设备和污水处理方法尤其针对富营养化污水具有突出的处理效果，能从根本上解决水体的富营养化。
根据本发明的一个方面，提供一种污水处理方法，该污水处理方法采用电催化和微纳米气泡相结合的处理方式对污水进行处理。
其中，该污水处理方法包括以下步骤：
将用于电催化的阴极和阳极放入待处理的污水中。
对阴极和阳极施加电流，同时在阴极和阳极之间的待处理的污水中通入大量的微纳米气泡，对待处理污水进行联合处理。
其中，联合处理步骤中，微纳米气泡通过气液混合泵产生，具体方法为将气液混合泵伸入至待处理的污水中，其中气液混合泵的气体流量为2～20m3/h，微纳米气泡粒径为100nm～20μm。
其中，阳极由钛金属板表面涂覆氧化锡-锑复合材料构成，阴极为钛金属板。
其中，阳极通过浸渍拉提法将钛金属板涂覆锡锑溶胶，然后经退火焙烧制成。
其中，该污水处理方法包括对待处理污水进行联合处理之前的预处理步骤：预处理步骤将水体的PH调节到6～8之间。
根据本发明的另一方面，提供污水处理设备，包括阳极板、阴极板、微纳米气泡发生装置和用于给污水处理设备供电的电力装置，电力装置与阳极板、阴极板和微纳米气泡发生装置均电连接。
其中，污水设备还包括预处理装置，预处理装置与电力装置电连接。其中，微纳米气泡发生装置包括气液混合泵。
其中，阳极板由钛金属板表面涂覆氧化锡-锑复合材料构成，阴极板为钛金属板。
本发明具有以下有益效果：
1)原位修复易位修复均可，设备易得，装备简单，维护简便，运行费用低；
2)处理效果好，由于采用高效的电吸附与电催化处理方法，与传统的电催化氧化技术相比，水体净化效率高，处理污染物种类多；
3)电催化氧化中电极析氢析氧，氢气在水中形成富氢水，氧气一方面可起到曝气复氧作用，结合微纳米气泡技术，为催化氧化提供充足氧气，另一方面可增加水体扰动，强化电化学处理效果；
4)自持能力强，适用水体范围广，该系统安置于水温为0～50℃，电极板持久耐用；
5)该装置对设备要求低，原料价廉易得，便于在实际生产中大规模应用，具有较高的实用化价值。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本发明实施方式的污水处理设备的示意图；
图2示出了根据本发明实施方式的污水处理方法的废水污染物的降解效率图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例1
如图1所示，一种采用电催化与微纳米气泡相结合处理污水的设备，包括预处理设备1、阳极板2、阴极板3、电力设备4、微纳米气泡发生设备5等构成，整个系统固定于湖泊或河道中，由预处理设备1对待处理的污废水进行预处理；由电力设备4提供电能，驱动微纳米气泡发生设备5在阳极板2与阴极板3间通入大量的微纳米气泡，快速实现复氧过程，并在阳极板2与阴极板3上施加恒定的电流实现持久性污染物的电吸附和电催化净化。
预处理设备1可实现去除水体表面浮游动植物，调节水体pH到6.0-8.0，投加适量的絮凝剂等；阳极板2与阴极板3为Ti-SnO2-Sb阳极(钛金属板涂敷氧化锡和锑材料板)和钛金属板阴极；阳极板2与阴极板3可分别实现电催化和电吸附的效果，并能实现污染物的预富集和高效净化；微纳米气泡发生设备5由泵压缩形式产生微纳米气泡，提升水体中的溶解氧，快速实现复氧。
实施例2
实施例1中的Ti-SnO2-Sb阳极和钛金属板阴极的制备方法如下：
Ti-SnO2-Sb阳极电极制备包括三个主要部分：Ti板的预处理，锡锑溶胶的制备、溶胶涂覆及热分解。
Ti板的预处理：将Ti板首先用300目砂纸打磨以去除表面氧化钛，然后在沸腾的NaOH溶液(m/m,10％)中1h去除Ti板表面的油污。之后，将清洗后的Ti板置于沸腾的草酸溶液(m/m,5％)刻蚀2h成均匀麻面，清洗后接着在HF溶液中(v/v,0.5％)中蚀刻10min使Ti表面粗糙度增大。最后，将处理完毕的Ti板置稀草酸溶液(m/m,1％)中保存待用。
聚合物前驱体溶胶配制：称取一定的柠檬酸溶入60℃乙二醇溶液中，并保持30min至略带清香的柠檬酸酯形成，然后继续加热至90℃，并加入SnCl4，SbCl3以及其它金属盐添加剂，完全溶解后继续加热沸腾并保持1h，冷却后即形成无色透明或略带黄色的溶胶，整个过程保持搅拌，乙二醇：柠檬酸：SnCl4：SbCl3＝140：30：9：1(摩尔比)。
溶胶涂覆及热分解：采用浸渍拉提法在处理后Ti基体上涂覆一层均匀的溶胶，拉提速度为5cm/min，之后置于140℃烘箱中保持10min形成凝胶，再在500℃马弗炉中焙烧10min，取出冷却后清洗烘干再依次重复前述的浸渍、拉提涂覆、烘干以及焙烧工艺18次，最后一次在500℃下焙烧2h并在马弗炉中自然退火。Ti-SnO2-Sb电极制作完毕。钛金属板阴极取用预处理后的钛金属板。
实施例3
实施例1中的微纳米气泡的制备方法如下：
将压缩空气或氧气注入到泵中，并使两者在喷嘴混合室内形成稳定的气泡两相流动；在喷嘴出口处，由于气泡对液体的挤压和剪切作用使液体以包含大量微小气泡的液丝或液线的形式喷出；在离开喷口极短的距离内，由于气泡内外压差的剧烈变化，而促使气泡急剧膨胀直至破裂，同时将包裹在其周围的液膜进一步破碎，形成更加细微的颗粒群，从而形成微纳米气泡，保证泵的气体流量为11m3/h，微纳米气泡粒径为10μm。
实施例4
采用实施例1中的采用电催化与微纳米气泡相结合处理污水的装置处理污废水，具体情况如下：
将采用电催化与微纳米气泡相结合处理污水的装置处系统对100m3的模拟污染水体进行修复处理，该系统固定于水体底部30cm高度处，控制直流稳压电源的恒流输出，使其电流密度为10mA cm-2，极板间距为20mm，实施电催化氧化和微纳米气泡曝气操作，其中，气液混合泵的扬程为40m，连续工作12h，处理效率如图2所示，水体中重要水质指标变化如下：
CODCr：2521.4mg L-1降至925.1mg L-1；
氨氮：131.2mg L-1降至16.5mg L-1；
总磷：16.8mg L-1降至5.7mg L-1；
溶氧量：0.3mg L-1提高至5.9mg L-1；
降低了水体的色度、浊度、臭味等感官特征，基本上恢复了水体的生态功能，改善了水体的污染状况。
综上所述，本发明在电催化氧化反应器中，结合使用微纳米气泡技术，极大地提升了水中溶解氧，提高了水体氧化还原电位，消除了水体富营养化风险，并可以隔油、除沫、杀菌的同时，吸附大量的微污染有机物，显著提高了电催化过程对COD、油脂、水中悬浮物、病原微生物的去除效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.污水处理方法，其特征在于，所述污水处理方法采用电催化和微纳米气泡相结合的处理方式对污水进行处理。
2.如权利要求1所述的污水处理方法，其特征在于，所述污水处理方法包括以下步骤：
将用于电催化的阴极和阳极放入待处理的污水中；
对阴极和阳极施加电流，同时在阴极和阳极之间的待处理的污水中通入大量的微纳米气泡，对待处理污水进行联合处理。
3.如权利要求2所述的污水处理方法，其特征在于，
所述联合处理步骤中，微纳米气泡通过气液混合泵产生，具体方法为将气液混合泵伸入至待处理的污水中，其中气液混合泵的气体流量为2～20m3/h，输入功率为300～1000w，微纳米气泡粒径为100nm～20μm。
4.如权利要求2所述的污水处理方法，其特征在于，
阳极由钛金属板表面涂覆氧化锡-锑复合材料构成，阴极为钛金属板。
5.如权利要求2或4所述的污水处理方法，其特征在于，
阳极通过浸渍拉提法将钛金属板涂覆锡锑溶胶，然后经退火焙烧制成。
6.如权利要求1或2所述的污水处理方法，其特征在于，所述污水处理方法包括对待处理污水进行联合处理之前的预处理步骤，预处理步骤将水体的PH调节到6～8之间。
7.污水处理设备，其特征在于，包括阳极板(2)、阴极板(3)、微纳米气泡发生装置(5)和用于给污水处理设备供电的电力装置(4)，所述电力装置(4)与所述阳极板(2)、所述阴极板(3)和所述微纳米气泡发生装置(5)均电连接。
8.如权利要求6所述的污水处理设备，其特征在于，
所述污水设备还包括预处理装置(1)，所述预处理装置(1)与所述电力装置(4)电连接，所述微纳米气泡发生装置(5)包括气液混合泵。
9.如权利要求6所述的污水处理设备，其特征在于，
所述阳极板(2)由钛金属板表面涂覆氧化锡-锑复合材料构成，所述阴极板(3)为钛金属板。
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